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Classe scientifique 2nde 6 Marie Curie

2020-2021 Projet particules

Nous avons une heure toutes les deux semaines pour réaliser nos activités et préparer nos visites sur le thème : Comprendre les métiers de la recherche et spécialisation d’un domaine de recherche de pointe

  • Actuellement, les élèves préparent un « escape game » sur le thème des particules…top secret !
  • e-twinning : projet commun AstroPartyCalls avec des classes européennes du Portugal , d’Italie, de Finlande et de Grèce
  • Réalisation d’une chambre à brouillard

ce dispositif permet de détecter la radioactivité ambiante.

  • Expériences avec un cosmodétecteur

Il permet de détecter des muons (« sorte d’électrons lourds ») cosmiques :

Voir l’article d’un élève ci-dessous

  • Visite prévue du cyclotron à l’IPHC au campus de Cronenbourg et rencontre avec un chercheur

(au printemps ?) L’Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien est un centre de recherche sur l’écologie, la physiologie et l’éthologie, la chimie et physique subatomique. Il est prévu de visiter l’accélérateur circulaire (qui permet de faire des radionucléides) et de rencontrer un chercheur en physique des particules.

  • Comprendre le CERN

Le CERN, centre européen de recherche en physique des particules à Genève en Suisse (il contient le plus grand accélerateur de particules mondial). Il est possible d’utiliser des données du CERN pour comprendre le travail des chercheurs.

Le Cosmodétecteur

1| Qu’est ce qu’un muon ?

Les plus petits composants de la matière sont appelés « particules »

Vous connaissez certainement l’électron ou encore le quark. Le muon en fait également parti.

L’électron partage une caractéristique avec notre muon : il est de « charge négative ». C’est à dire qu’il est attiré par les particules chargées « positivement » et repoussé par celles chargées « négativement ».

Mais il y a une différence majeure entre le muon et l’électron : leurs masses.

Celle d’un muon est à peu près 207 fois plus grande que celle d’un électron .

Ce serait à peu près comparer le poids de 2, 3 éléphants à celui d’un humain.

Et d’où vient le muon ?

2| Les particules extraterrestres

Nous sommes bombardés en permanence par des particules venues du Soleil et d’ailleurs. Normalement, nous sommes protégés par le « bouclier magnétique » de la Terre. Mais il n’est pas imperméable. Certaines entrent alors en collision avec l’atmosphère.

Cela engendre une cascade de particules secondaires dont certaines parviennent jusqu’au sol. Le muon est né.

Comment le détecter ?

3| Le cosmodétecteur

On peut détecter une particule chargée en 4 étapes :

– Les scintillateurs, qui détectent la trace d’éventuels muons. Il s’agit de deux tubes en plastique. Lorsque ils rencontrent une particule chargée, les atomes du scintillateur sont excités et émettent des photons.

– Le « photomultiplicateur » amplifie ce signal enregistré par le scintillateur.

– Ensuite, le signal analogique* est transformé en signal numérique ( 0 ou 1). Les signaux trop faibles sont alors abandonnés.

– La dernière étape est donc le logiciel de l’ordinateur.

Mais comment savons nous que les particules détectées sont des muons ?

4| Coïncidence

Le muon se déplace à une vitesse proche de la lumière. Le signal enregistré par les deux scintillateurs aura donc un écart de quelques nanosecondes. Ainsi, cela discrimine les bruits de fond.

Et si on détectait une autre particule chargée se déplaçant à la vitesse de la lumière ? On la prendrait pour un muon ?

* Par exemple, un thermomètre produit un signal analogique : il varie en fonction du temps et de la température.

Alexandre