Activités scientifiques au lycée
Petit journal de bord (mars 2021) des activités du Projet Particules
de la Classe Marie Curie 2nde 6.
Avant Noël, nous avons pu détecter des muons avec des cosmodétecteurs. Nous avons pu voir qu’il faut deux détecteurs en coïncidence (ci-dessous) pour être sûr de détecter les particules voulues. D’autre part, le détecteur orientable (ci-dessus) nous montre que ce sont bien des particules cosmiques car elles arrivent en plus grand nombre à la verticale.
Grâce à de la glace carbonique, nous pouvons réaliser une chambre à brouillard (ci-dessous) pour détecter la radioactivité ambiante. Notre chambre à brouillard a très bien fonctionné avec une centaine de traces par minute !
Fabrication d’une chambre à brouillard par Neycene et Anissa
Le Cosmodétecteur… par Alexandre
Cosmodétecteur… Ce nom semble sortir d’un film de science fiction. De quoi s’agit-il ? Hé bien, voilà :
1| Qu’est ce qu’un Muon ?
Les muons sont des particules, comme les quarks ou les électrons.
Les « particules » sont les plus petit composants de la matière.
L’électron partage une caractéristique avec le 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 votre poids à celui de 2, 3 éléphants .
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 ?
Ne vous inquiétez pas… Mais pour obtenir une réponse à cette question, veuillez vous adresser à votre prof de physique-chimie. Merci.
* Par exemple, un thermomètre produit un signal analogique : il varie en fonction du temps et de la température.