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