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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES Détecteurs de particules

L' histoire de la physique subatomique est intimement liée à l'évolution des détecteurs de particules. Ces appareils furent souvent inventés pour répondre à des exigences précises de la physique. Ils furent aussi, parfois, le fruit des retombées du progrès de la technologie. Les deux classes de phénomènes qu'ils permettent d'étudier sont les interactions des particules entre elles et leurs désintégrations. Dans le premier cas, une particule incidente entre en collision soit avec les nucléons (protons ou neutrons) des noyaux d’une cible au sein du détecteur, soit avec une autre particule accélérée dans un collisionneur, ce qui donne naissance à plusieurs particules nouvelles. Dans le second cas, une particule instable se décompose spontanément en plusieurs particules de masse plus faible. Ce sont les caractéristiques de l'ensemble des particules produites que l'on souhaite observer et mesurer.

Les détecteurs à visualisation permettent de matérialiser les trajectoires de particules ionisantes et de les photographier ; on peut ensuite procéder à un examen visuel plus ou moins automatisé du résultat. Seules les particules chargées sont ionisantes et leurs trajectoires peuvent donc être directement observées. Les particules neutres ne sont détectées qu'indirectement, soit lorsqu'elles se désintègrent en plusieurs particules chargées, soit lorsqu'elles interagissent au sein même du détecteur en donnant lieu à l'émission de particules chargées. Une des caractéristiques des détecteurs visuels est leur lenteur. En effet, sauf dans le cas des émulsions nucléaires qui permettent un enregistrement continu des phénomènes, leur mode de fonctionnement impose un délai relativement long entre les enregistrements successifs d'interactions. En outre, si les techniques visuelles autorisent un examen détaillé de chaque interaction, elles entraînent une exploitation assez lente des résultats et souffrent donc d'une limitation statistique des données obtenues. Ces détecteurs à visualisation (émulsions nucléaires, chambres à brouillard, chambres à étincelles, chambres à bulles) ont joué et jouent encore un rôle capital lorsque les physiciens étudient des phénomènes peu fréquents, où la redondance de l'information photographique est un atout précieux d'identification.

Les détecteurs électroniques traduisent le passage d’une particule par une impulsion électrique. Ils permettent le traitement rapide de grandes quantités d'information. Ces détecteurs servent à compter les particules, à mesurer leur flux moyen, leur énergie, leur position spatiale, ou à déterminer leur nature. En règle générale, l'impulsion électrique finale est commandée par l'interaction électromagnétique du rayonnement dû au passage des particules dans les milieux détecteurs. Ces derniers sont limités à quelques classes importantes. La libération d'ions et, surtout, d'électrons est exploitée dans les détecteurs gazeux, liquides ou solides. La détection des photons différés produit un signal dans les scintillateurs. L'émission instantanée de photons, due à l'interaction cohérente avec les atomes d'un milieu homogène ou hétérogène, est exploitée dans les compteurs de Tcherenkov ou à radiation de transition.

La distinction entre appareils à visualisation et appareils électroniques s'atténue lorsqu’on réalise des ensembles complexes, comportant des centaines de milliers d'éléments de détection, et qu’on retrouve ainsi les caractéristiques de l'information photographique avec l'avantage supplémentaire de la rapidité de traitement.

Détecteurs à visualisation

Les détecteurs à visualisation permettent de matérialiser les trajectoires de particules ionisantes et de les photographier ; on peut ensuite procéder à un examen visuel du résultat.[...]

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Écrit par

  • Pierre BAREYRE : conseiller scientifique au Collège de France (physique corpusculaire et cosmologie)
  • Jean-Pierre BATON : physicien des particules élémentaires au Commissariat à l'énergie atomique
  • Georges CHARPAK : physicien, Prix Nobel de physique 1992
  • Monique NEVEU : ingénieur au Commissariat à l'énergie atomique, Centre d'études nucléaires de Saclay, chercheur au Commissariat à l'énergie atomique
  • Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Classification

Pour citer cet article

Pierre BAREYRE, Jean-Pierre BATON, Georges CHARPAK, Monique NEVEU, Bernard PIRE, « PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Détecteurs de particules », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le . URL :

Médias

Détecteurs à remplissage gazeux

Détecteurs à remplissage gazeux

Encyclopædia Universalis France

Détecteurs à remplissage gazeux

Quelques détecteurs à remplissage gazeux.

Encyclopædia Universalis France

Chambre à étincelles : fonctionnement

Chambre à étincelles : fonctionnement

Encyclopædia Universalis France

Chambre à étincelles : fonctionnement

Schéma de fonctionnement d'une chambre à étincelles.

Encyclopædia Universalis France

Vitesse de dérive des électrons

Vitesse de dérive des électrons

Encyclopædia Universalis France

Vitesse de dérive des électrons

Vitesse de dérive des électrons dans différents gaz en fonction du champ électrique.

Encyclopædia Universalis France

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Autres références

  • ANDERSON CARL DAVID (1905-1991)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 554 mots

    Le physicien américain Carl David Anderson est né à New York de parents suédois le 3 septembre 1905. Après des études au California Institute of Technology de Pasadena, il y fait toute sa carrière, jusqu'à sa retraite en 1978. Dans sa thèse de doctorat soutenue en 1930, sous la direction de Robert...

  • ANTIMATIÈRE

    • Écrit par Bernard PIRE, Jean-Marc RICHARD
    • 6 931 mots
    • 4 médias
    Les résultats établis historiquement d'abord pour l'électron sont en fait plus généraux.Chaque particule possède une antiparticule qui lui est associée. Elles ont les mêmes caractéristiques mécaniques, c'est-à-dire même masse et même moment cinétique intrinsèque, ou spin. Mais une particule et...

  • ASPECT ALAIN (1947- )

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 1 156 mots
    • 1 média
    Il choisit un sujet extrêmement risqué : éprouver les fondements de la mécanique quantique et éclairer le débat épistémologique entre Albert Einstein et Niels Bohr en étudiant le phénomène dit d’intrication d’une paire de particules.

  • ASTROPARTICULES

    • Écrit par Pierre BAREYRE
    • 2 125 mots
    • 1 média
    Les neutrinos (ν), produits en grande abondance par des processus divers à des énergies qui s'étendent de 10—5 à 1015 électronvolts, peuplent l'Univers à raison d'environ 300 par centimètre cube. Sont-ils massifs ? Les mesures directes de leur masse, très difficiles, donnent des limites...
  • Afficher les 77 références

Voir aussi

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