De l’atome
aux particules

Jean-René Cudell

Alice Dechambre

Denis Fontaine

Jérémie Gillet

Cédric Lorcé

Alexandre Payez

Sophie Pedoux

Interactions Fondamentales en Physique et en Astrophysique

Département d’Astrophysique, de Géophysique et d’Océanographie

Université de Liège

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

Na, Xe sur Cu

Palladium

Gerd Bining

Heinrich Rohrer

1980

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

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

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

Une particule bêta est un électron : Q=-1

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

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

neutron → proton+électron+antineutrino

Pauli

(1930)

proton lié → neutron+positon+neutrino

Bêta plus

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

Toutes identiques, de taille

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

Leurs interactions forment tout.

P.A.M. Dirac

(1931)

P.A.M. Dirac

(1931)

Forces

Les forces entre particules résultent de

l’échange de particules virtuelles

Forte

Electromagnétique

Faible

Gravitation



_

p p e+ e-

W+, W-

Z0

_ _

p p n n

_

e+ e- 

Chimie, biologie,

physique atomique

électricité…

Désintégration bêta, cycle du soleil,

traitements

radiomédicaux

force

médiateur

agit sur

explique

électromagnétique

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

Diapositive 1

J.R. Cudell

2007-01-11T23:13:38