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De l’atome aux particules. Interactions Fondamentales en Physique et en Astrophysique Département d’Astrophysique, de Géophysique et d’Océanographie Université de Liège. Jean-René Cudell Alice Dechambre Denis Fontaine Jérémie Gillet. Cédric Lorcé Alexandre Payez Sophie Pedoux. Atomes. - PowerPoint PPT Presentation
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De l’atome aux particules
Jean-René CudellAlice DechambreDenis FontaineJérémie Gillet
Cédric LorcéAlexandre Payez
Sophie Pedoux
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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
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
Expérience1
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
FaibleGravitation
_p p e+ e-
W+, W-
Z0
_ _p p n n _e+ e-
Chimie, biologie,physique atomiqueélectricité…
Désintégration bêta, cycle du soleil,
traitements radiomédicaux
force médiateur agit sur explique
électromagnétique
faible
Microscope inélastique
Les quarks ont 3 charges fortesdifférentes
Les médiateurs de l’interaction fortesont 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
Expérience2
Le principe : la sursaturation
En pratique
Une particule chargée qui passe perturbe le nuage et crée des gouttes