Foire aux questions - Les réponses

 

L'accélération des particules

 

Quelle est la vitesse maximale à laquelle une particule a été accélérée ?

Quasiment la vitesse de la lumière dans le vide soit 0.9 c, c étant la vitesse de la lumière dans le vide.
fmalek@isn.in2p3.fr, 12 juin 2002

 

La théorie de la relativité d'Einstein nous montre que plus on accélère un corps, plus sa masse est importante donc plus il est dur de l'accélérer davantage. Mais n'est-il pas possible d'alléger un corps ?

Non, on ne peut pas alourdir ou alléger un corps. Sa masse est ce qu'elle est, elle ne change pas. Par contre, on peut modifier son énergie totale E.
Lorsqu'on accélère un corps quelconque de masse m, on écrit en effet : E² = p²c²+m²c⁴, où p (quantité de mouvement) = mv, v étant la vitesse de la particule. Donc plus on accélère un corps, plus son énergie augmente, sa masse restant constante. Et inversement. Pour l’accélérer davantage, il faut donc lui fournir plus d'énergie et non pas plus de masse. Mais il y a une limite, lorsqu’on est quasiment au seuil de la vitesse de la lumière, dans les accélérateurs par exemple. Si l’on souhaite avoir plus d'énergie, il faut alors changer de particule et en choisir une plus massive : on passe par exemple de l'électron au proton ou, pour aller plus loin encore, au plomb, etc.
À l’inverse, lorsque l'on veut produire des particules au repos (on les appelle aussi les particules "froides"), il faut les décélérer. C’est ce qui est fait par exemple à l'AD (Antiproton decelerator) du Cern : ils sont tellement décélérés (par perte de quantité de mouvement) qu'ils sont presque au repos ; alors seulement il est possible de les accumuler pour en faire des faisceaux, les étudier, etc.
fmalek@isn.in2p3.fr, 12 juin 2002

 

Comment l'énergie obtenue par accélération de particules se retransforme-t-elle en masse et pourquoi en paire matière-antimatière plutôt qu'en matière ?

L'énergie peut se transformer en "matière". Cependant, il y a beaucoup de lois de conservation, en particulier celles du nombre baryonique (le proton et le neutron, composés de trois quarks, sont des baryons : ils ont un nombre baryonique non nul) et du nombre leptonique (l'électron et le neutrino sont des leptons : ils ont un nombre leptonique non nul) qui valent +1 pour la matière et -1 pour l'antimatière. À partir d'énergie, on fabrique donc toujours des paires matière-antimatière. C'est pour cela que la radioactivité bêta- associe un électron et un antineutrino, alors que la radioactivité bêta⁺ associe un positon et un neutrino.
thibault@csnsm.in2p3.fr, 30 mai 2002

 

Pourquoi faut-il mettre un proton dans un accélérateur pour obtenir une paire proton-antiproton en plus de l'énergie à fournir ?

On peut accélérer n'importe quoi pour créer des paires proton-antiproton. Ce dont on a besoin, c'est seulement d'avoir de l'énergie cinétique à transformer en masse grâce à E = mc².
thibault@csnsm.in2p3.fr, 27 mai 2002

 

Pourquoi en physique des particules, l'impulsion d'une particule peut-elle être donnée par : p = 0.3×B×R×Z, avec B la norme du champ magnétique auquel la particule est soumise, Z sa charge et R son rayon de courbure ?

Cela ne concerne pas la physique des particules uniquement, mais provient de l'électromagnétisme. Une particule dans un champ magnétique B satisfait l'équation suivante : d²V/d²S = Z/p×B×dV/dS où S est la distance le long de la trajectoire et V = (x,y,z) un vecteur représentant la position. La projection de la trajectoire sur le plan (x,z) est un cercle de rayon R, ce qui donne R = (p×cosλ)/(Z×B), λ mesurant l'orientation du moment p au-dessus ou en dessous du plan (x,z). Pour un accélérateur, on retrouve: p = 0.3×B×R×Z
fmalek@isn.in2p3.fr, 10 juin 2002