Transcript La chambre à bulles

Au-delà de l’atome: La physique des
particules remodelée
Le Détective de la Chambre à Bulles
nanouk paré - colloque AQPC 2013
Modèle Standard

Selon le modèle
standard, toute matière
est constituée de
particules
élémentaires
appelées quarks et
leptons.

Ce modèle décrit
comment la matière
interagit (sauf pour la
gravité)
Les particules du modèle standard, crédit: Fermilab
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La chambre à bulles
Une chambre à bulle est un grand récipient contenant des
liquides en état de surchauffe dans un champ magnétique
uniforme.
Des douzaines de particules
élémentaires ont été découvertes
en utilisant des chambres à bulles.
Chambre à bulles, crédit: FermiLab
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La chambre à bulles

Des particules ayant une
charge identique (kaons)
sont injectées dans la
chambre à bulles où elles
entrent en collision
inélastique avec des
protons qui se trouvent
dans le liquide. De ces
collisions, de nouvelles
particules se forment
pouvant ou ne pouvant pas
pas se décomposer.
Photo de la chambre à bulles, credit: CERN
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Détective de la chambre à bulles
Dans cet exercice, les étudiants utilisent leurs
connaissances aquises tout au long de leurs cours de
physique:



Loi de conservation de la charge.
Loi de conservation de la quantité de mouvement.
Mouvement d’une particule chargée dans un champ
magnétique.
afin d’identifier les particules et mener à la découverte de la
particule -.
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Détective de la chambre à bulles

La charge est toujours conservée:



Seules les charges en mouvement
laissent une traînée
Les particules chargées ont une charge
de +/-1e
La charge est déterminée selon le sens
de la courbure de la trajectoire de la
particule dans un 𝐵 uniforme.
Photo de la chambre à bulles, credit: CERN
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Détective de la chambre à bulles

La quantité de mouvement est toujours conservée:


Le champ magnétique courbe la trajectoire des
particules chargées
𝑣2
𝐹 = 𝑞𝑣 × 𝐵 = 𝑚
𝑟
Le rayon, d’une traînée en courbe, est
proportionel à la quantité de mouvement de la
particule.
𝑝 = 𝑚 𝑣 = 𝑞𝐵𝑟
𝑚𝑣
𝑟=
𝑞𝐵
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q+ve
petite
𝑝
q-ve
grande
𝑝
Détective de la chambre à bulles

Des changements observés au
niveau des traînées sont la
preuve d’une interaction:

Une particule peut entrer en
collision avec un proton pour
former de nouvelles particules:
 vee.
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Détective de la chambre à bulles

Des changements observés au
niveau des traînées sont la preuve
d’une interaction:

Une particule peut se décomposer
en de nouvelles particules  kink.
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Détective de la chambre à bulles
La photo illustre sept kaons
entrant dans une chambre à
bulles par le bas de la page.
Il y a un champ magnétique
uniforme dirigé dans la
page.
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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Détective de la chambre à bulles
01. Les traînées des kaons
sont légèrement courbées
vers la droite. Quelle est la
charge des kaons?
a) -1
b) +1
c) 0
d) Information insuffisante
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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02. Au point P, la traînée
simple du kaon se divise en
deux traînées. Quelle est la
charge de la particule de
droite?
a) -1
b) +1
c) 0
d) Information insuffisante
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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03. Comparez la charge totale
entrant au point P avec la charge
totale sortant. Le kaon individuel
chargé
a) s’est décomposé en deux
particules de charges opposées.
b) s’est décomposé en deux
particules de charges identiques.
c) a été heurté par un proton et a
produit deux particules de charges
opposées.
d) a été heurté par un proton et a
produit deux particules de charges
identiques.
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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04. Comparez les pistes entrant au
niveau du point P avec les pistes
sortant. Que pouvez-vous inférer?
a) Une particule chargée a été créée
qui se déplace vers le haut et vers la
gauche.
b) Une particule chargée a été créée
qui se déplace vers le haut et vers la
droite.
c) Une particule neutre a été créée
qui se déplace vers le haut et vers la
gauche.
d) Une particule neutre a été créée
qui se déplace vers le haut et vers la
droite.
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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05. Il y a une anomalie dans la piste au
niveau du point T. La particule ayant
créé la piste :
a) a été heurtée par une particule
neutre.
b) a été heurtée par une particule de
charge positive.
c) s’est décomposée en une particule
de charge positive et une particule
neutre.
d) s’est décomposée en une particule
de charge négative et une particule
neutre.
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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06. À mesure que la courbe augmente,
il y a une très légère anomalie de la
piste au niveau du point R. La
particule créant la piste:
a) a été heurtée par une particule
neutre.
b) a été heurtée par une particule de
charge positive.
c) s'est décomposée en une particule
de charge positive et une particule
neutre.
d) s'est décomposée en une particule
de charge négative et une particule
neutre.
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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Détective de la chambre à bulles
07. Les deux particules ayant fait leur
apparition au point S se croisent au
point U. Tirez une ligne droite allant
de cette intersection au point S, là où
les particules ont été créées à partir
d'une particule neutre. Cette ligne
correspond à la direction de la
particule neutre d'origine. Tirez la ligne
jusqu'au bas de la page. Quel est le
point d'origine de la particule neutre?
a) le point P
b) le point Q
c) le point R
d) information insuffisante
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08. Deux nouvelles particules font leur
apparition au point Q. Que pouvons-nous
inférer à propos de l'événement qui s'est
produit au point Q?
a) Une particule chargée stationnaire s'est
décomposée en deux nouvelles particules.
b) Une particule neutre stationnaire s'est
décomposée en deux nouvelles particules.
c) Une particule chargée se déplaçant vers
le haut et vers la gauche s'est décomposée
en deux nouvelles particules.
d) Une particule neutre se déplaçant vers
le haut et vers la gauche s'est décomposée
en deux nouvelles particules.
Image de la chambre à bulles, crédit; CERN
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09. Prolongez les traînées en courbe
du point Q pour trouver leur point
d'intersection en traçant la courbe
existante sur une autre feuille de
papier et en l'utilisant pour prolonger
la trajectoire. Quel est le point
d'origine de la particule neutre qui
s'est décomposée pour former ces
particules?
a) le point P
b) le point Q
c) le point R
d) information insuffisante
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