Dpartement dAstrophysique de Gophysique et dOcanographie Universit de
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Département d’Astrophysique, de Géophysique et d’Océanographie Université de Liège Interactions Fondamentales en Physique et en Astrophysique De l’atome aux particules Jean-René Cudell Alice Dechambre Denis Fontaine Jérémie Gillet Cédric Lorcé Alexandre Payez Sophie Pedoux
Atomes
Atomes : découverte Si on coupe des molécules : 1. On ne perd pas de masse (Lavoisier) 2. 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): m. H/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 Ø 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 Le rayonnement gamma est similaire aux rayons X : Q=0 Une particule alpha est un noyau d’hélium : Q=+2
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) 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 Faible Electromagnétique Gravitation
force médiateur agit sur g _ p p e + e- explique Chimie, biologie, physique atomique électricité… électromagnétique W+, WZ 0 faible _ _ ppnn _ e+ e - n n Désintégration bêta, cycle du soleil, traitements radiomédicaux
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
