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4 avril 2009 Corinne Bérat 1

Laboratoire de physique subatomique et de

cosmologie

Laboratoire de physique subatomique et de

cosmologie

Un laboratoire de recherche pour comprendre l’infiniment petit et

l'infiniment grand

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Le LPSCLe LPSC

• Mission de recherche en physique fondamentale, expérimentale et théorique– Participation à plusieurs grandes expériences de dimension internationale

• Autres missions– Enseignement, formation, diffusion des connaissances, valorisation des compétences

• Environ 210 personnes travaillent au LPSC– Pour remplir sa mission de recherche, le laboratoire s’appuie sur des chercheurs, des enseignants chercheurs, des doctorants, des techniciens, des ingénieurs et des personnels administratifs

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De l’infiniment petit…

De l’infiniment petit…

• De quoi est faite la matière ?

Physique subatomique– Physique nucléaire– Physique hadronique– Physique des particules

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…à l’infiniment grand…à l’infiniment grand

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Cosmologie– Rayons cosmiques

– Fond cosmologique

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Dans un bain de particules…

Dans un bain de particules…

• Nous sommes plongés dans un bain de particules– Radioactivité ambiante : venant de la terre, dans la maison, émis par le corps humain

– Rayonnement cosmique : • Les rayons cosmiques contribuent pour environ15% à l’exposition naturelle totale (un peu moins que la radioactivité du sol)

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… et sous une douche de particules 

… et sous une douche de particules 

– L’atmosphère terrestre est en permanence bombardée de particules qui viennent du cosmos. • En arrivant sur la Terre, les particules cosmiques (principalement des protons) vont interagir avec les atomes de l’atmosphère créant ainsi des réactions nucléaires. Le résultat est une production de muons

– En moyenne, au sol : 200 muons par seconde et m2

Naissance de la physique des particules

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• Pour connaître la matière, on a besoin d’accélérateur de particules = super microscope

• Deux formes d’accélérateurs : – linéaire : les LINACS, dans lesquels les particules partent d'une extrémité et ressortent de l'autre...

– circulaire : les cyclotrons, synchrocyclotrons et autres synchrotrons, dans lesquels les particules tournent et tournent, et tournent...

• Deux types de collisions : • avec une cible fixe : on envoie une particule sur une cible immobile

• avec des anneaux de collision : 2 faisceaux de particules sont envoyés l'un contre l'autre.

Accélérateur de particules

Accélérateur de particules

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Echelle d’énergieEchelle d’énergie

ZeV (zeta)

EeV (exa)

GeV (giga)

PeV (peta)

TeV (tera)

MeV (méga)

keV (kilo)

eV (électron-volt)

1021

1018

1015

1012

103

109

106

LHC :14 TeV

Rayon cosmique le plusénergétique observé

molécule dans l’air

GENEPI3C

Energie des muons du rayonnement cosmique

1 eV = 1,602  · 10–19 J

Radioactivité

Electrons dans aurore polaire

SupernovaeÉtoiles à neutrons

Noyaux actifs de galaxies

1Pile à 1 Euro

Tube TV

Accélérateur électrostatique

Réacteur nucléaire

Synchrocyclotron

(Synchrotron)

Limite (?) technologie

humaine

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EuropeEurope

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AmériqueAmérique

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Amérique et AntarctiqueAmérique et Antarctique

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B o n n e V i s i t e

B o n n e V i s i t e

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• Des particules de matière se déplaçant à grande vitesse entrent en collision

• Cela crée une grande concentration d’énergie et permet la création de particules qui n’existent pas dans la matière ordinaire (durée de vie très courte)

Matière et énergieMatière et énergie

E = m c2

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Energie et unités d’énergie

Energie et unités d’énergie

• Unités usuelles– Calorie : sur les produits alimentaires (kcal)•Ex : 1 cuillère à café de Nutella = 80 kcal

– kilowatt-heure (kWh) : sur les factures EDF…•Entre 0,11 et 0,135 € le kWh (mesurée en unité de temps)100 W

1 h

E=100 Wh

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E=540 Calories

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Energie et unités d’énergie

Energie et unités d’énergie

• Energie : c’est une grandeur en (M)(L)2(T)-2

– Joule : 1 calorie = 4,186 J, 1 Watt-heure (Wh)= 3600 Joules

1 m1 kg E=9,81 J

En physique

– électron-volt (eV) dans le domaine des particules1 eV = 1,602  · 10–19 J

0,000 000 000 000 000 000 16 J

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