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De l’atome aux particules. Interactions Fondamentales en Physique et en Astrophysique Département d’Astrophysique, de Géophysique et d’Océanographie Université de Liège. Jean-René Cudell Alice Dechambre Denis Fontaine Jérémie Gillet. Cédric Lorcé Alexandre Payez Sophie Pedoux. Atomes.

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Presentation Transcript


De l’atome aux particules

Interactions Fondamentales en Physique et en Astrophysique

Département d’Astrophysique, de Géophysique et d’Océanographie

Université de Liège

Jean-René Cudell

Alice Dechambre

Denis Fontaine

Jérémie Gillet

Cédric Lorcé

Alexandre Payez

Sophie Pedoux


Atomes


Atomes : découverte

Si on coupe des molécules :

  • On ne perd pas de masse (Lavoisier)

  • On garde les mêmes proportions qui sont des rapports d’entiers (Proust)

    Dalton (1803): les substances chimiques sont constituées d’entités universelles et un nombre entier d’atomes forme les molécules


L’atome contemporain

Gerd Bining

Heinrich Rohrer

1980

Na, Xe sur Cu

Palladium


Electron : découverte

Thomson (1897): mH/me=2000


Noyaux : découverte

Rutherford

(1909)


L’atome planétaire

Bohr

(1913)


Noyaux

Protons? Électrons?

Par ex. : pour H, noyau=1 proton


Piste : les isotopes

Les rapports de masse ne sont pas constants.

Beaucoup d’éléments correspondent à des atomes de masses différentes avec les mêmes propriétés chimiques : isotopes


Découverte du neutron

Chadwick

(1932)


  • Les isotopes sont des noyaux qui n’ont pas le même nombre de neutrons !

  • Nombre de protons=nombre d’électrons

  • Les neutrons servent à éloigner les protons

  • Trop de neutrons, trop de protons, ou des noyaux trop gros mène à une instabilité


Expérience

1


Radioactivités

Une particule bêta est un électron : Q=-1

Une particule alpha est un noyau d’hélium : Q=+2

Le rayonnement gamma est similaire aux rayons X : Q=0


La radioactivité quotidienne

  • Un rayonnement qui interagit fort n’est pas dangereux s’il est à l’extérieur.

  • C’est l’absorption de substances radioactives (comme le césium et le strontium) qui est dangereuse.

  • Notre corps contient environ 500000 désintégrations/heure


Alpha

Un noyau qui est trop gros peut devenir plus stable en éjectant autant de neutrons que de protons

(noyaux d’hélium)


Bêta moins

Pauli

(1930)

neutron → proton+électron+antineutrino

Un noyau qui a trop de neutrons les change en protons par désintégration beta -


Bêta plus

proton lié → neutron+positon+neutrino

Un noyau qui a trop de protons les change en neutrons par désintégration bêta +


Gamma

Lors d’une désintégration, il arrive que le noyau fille se trouve dans un état

excité et perde son énergie sous forme de rayonnement gamma


Particules et antiparticules

  • Electron et Positon

  • Neutrino et Antineutrino

  • Photon

P.A.M. Dirac

(1931)

P.A.M. Dirac

(1931)

Toutes identiques, de taille

<1/1000 celle du noyau, universelles, sans états excités.

Leurs interactions forment tout.


Forces

Les forces entre particules résultent de

l’échange de particules virtuelles

Forte

Electromagnétique

Faible

Gravitation


force

médiateur

agit sur

explique

_

p p e+ e-

Chimie, biologie,

physique atomique

électricité…

g

électromagnétique

_ _

p p n n

_

e+ e- n n

Désintégration bêta, cycle du soleil,

traitements

radiomédicaux

W+, W-

Z0

faible


Microscope inélastique

Les quarks ont

3 charges fortes

différentes

Les médiateurs de

l’interaction forte

sont les gluons


Les extra-terrestres


Rayons cosmiques =

protons, noyaux, gammas, neutrinos

Au niveau du sol, on détecte surtout

des muons, mais aussi des protons

et des neutrons


Expérience

2


Le principe : la sursaturation


En pratique

Une particule chargée qui passe perturbe le nuage et crée des gouttes


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