Détecteur de particules

De Wikidebrouillard.

Version actuelle en date du 8 avril 2014 à 18:57

Une expérience pour réaliser un détecteur de particules cosmiques

Matériel

• Un aquarium
• Un projecteur diapo
• Du scotch noir.
• Un matériau très froid : ici de la glace carbonique (- 80°c) (qui s'achète sur internet pour quelques dizaines d'euros)
• De l'alcool isopropilique (que l'on trouve en pharmacie)
• Du tissu noir

L'expérience

Pour réaliser cette expérience extraordinaire, nous avons suivi les consignes du site suivant (en anglais) : http://w4.lns.cornell.edu/~adf4/cloud.html

Explication

Nous avons donc réalisé une chambre à Brouillard.

Wikipédia nous explique ce fonctionnement :

Le principe de fonctionnement est le suivant : dans une enceinte semi-étanche à l’air ambiant, une surface noire est portée à une température négative. En haut de la chambre, des supports permettent de contenir de l’alcool (éthanol) liquide. Une partie de l’alcool s’évapore grâce à sa pression de vapeur et lorsque ces vapeurs entrent en contact avec le bas de la chambre porté à une très basse température, elles se condensent sous forme de gouttelettes créant un brouillard (il existe naturellement des poussières microscopiques déclenchant la formation de ce brouillard).

Toutefois, une petite fraction des vapeurs d’alcool refroidies par l’intermédiaire de la surface froide ne se condensent pas et flottent au dessus de la surface formant un volume sursaturé en vapeur qui est instable (car constitué d’un gaz refroidi). Il suffira d’une perturbation dans la matière pour que ces vapeurs retournent à un état plus stable (l’état liquide). L’épaisseur du volume de gaz sensible est de quelques millimètres, située juste au dessus de la surface de la chambre.

La transition d’un état à un autre (ici la condensation de l’alcool gazeux) est facilitée lorsque le milieu contient des impuretés (poussières), à l’exemple de la neige qui ne peut se former dans l’atmosphère que s’il existe des sites de nucléation permettant aux cristaux de germer. Lorsqu’une particule nucléaire chargée traverse la matière, elle perd de l’énergie en ionisant sur son passage les atomes qu’elle rencontre. Les ions résultants deviennent ainsi des « impuretés » comme découvert par Wilson. Les vapeurs instables vont passer à l’état liquide en se condensant en gouttelettes là où les ions ont été crées : les ions « semés » tout au long du parcours de la particule vont rematérialiser le tracé de la particule dans la matière sous la forme de milliers de gouttelettes d’alcool. Un éclairage suffisamment fort permettra ensuite de mettre en évidence les tracés (une plaque noire est utile pour maximiser le contraste).

Seules des particules chargées peuvent créer au cours de leur trajectoire des ions dans la matière. Ainsi, les particules observables dans une chambre à brouillard seront les électrons (e-), les positons (e+), les protons (p+), les alphas (He2+) et les muons (μ+/-) (si l’on se limite au niveau de la mer car en altitude d’autres particules sont observables comme les kaons, lambda et Xi mais de façon très rare). Les particules neutres (neutron et gamma) seront détectables indirectement par les particules chargées qu’elles créeront dans la matière suite à leur interaction avec celle-ci.

Concepts scientifiques associés

• Différents détecteurs sur Wikipédia
• Catégorie des détecteurs de particules sur Wikipédia
• Fonctionnement d'un détecteur de particules sur le site du CERN

Liens avec d'autres expériences

à compléter

Applications : Liens avec le quotidien

à compléter

Catégories

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