TPE sur les muons: Le milieu influence-t-il les muons?

TPE sur les muons

LES MUONS

Problématique: Le milieu influence t-il les muons ?

Sommaire:

1. Introduction

2. Les muons

2.1 Découverte

2.2 Nature

2.3 Caractéristiques

3. Moyen de détection

3.1 Les outils

3.2 Untilisation

4. Expérience

4.1 Présentation

4.2 Mesures des flux statistiques des muons

4.3 Peut-on les arrêter ?

5. Conclusion 

1. Introduction:

Nous allons vous présenter un TPE parlant des muons, de leur détection et de l'influence qu'a le milieu sur eux. Nous vous parlerons de leur découverte, leur provenance et leurs caractéristiques. Ensuite, nous étudierons les moyens de détection puis nous réaliserons des expériences que nous exploiterons afin de répondre à la problématique.

2. Qu'est ce que les muons ?

2.1 Découverte 

Les muons furent découverts par Carl David Anderson et son assistant Seth Neddemever, au Caltech (université des Etats-Unis), en 1936, alors qu'ils travaillaient sur les rayons cosmiques. Cette découverte fut le fruit d'un longue série d'investigations théorique et expérimentale, en utilisant la méthode de détection par coïncidence. Ils remarquèrent des particules dont la trajectoire s'incurvait de manière distincte de celle des électrons et des autres particules connues, lorsqu'elles étaient soumises à un champ magnétique. Ces nouvelles particules portaient une charge électrique négative mais leur trajectoire était moins incurvé que celle des électrons (charge négative) mais plus incurvée que celle des protons (charge positive) à vitesse égale. Après plusieurs tentatives de nom données a cette particule, on finit par lui donner le nom de "muons", juste après "mu meson".

2.2 Nature

Les protons (particules hautement énergétiques) provenant de l'espace profond entrent en collision avec les atomes de la haute atmosphère de la Terre pour créer ensuite les muons. Les premières collisions créent des pions qui se désintègrent et deviennent des muons. Un muon est une particule élémentaire car il ne peut pas être divisé en particule plus petite (comme l'électron qui est un constituant de la matière usuelle, dans la 1ère famille des particules élémentaires). C'est aussi une réplique plus massive de la première familles des particules élémentaires. D'après le tableau, un muon est 200 fois plus lourd qu'un électron. Au début, les scientifiques pensait que l'atome était une particule élémentaire mais au fil du temps ils ont découvert que s'en était pas un et ont découvert l'électron, le muon, etc qui eux sont des particules élémentaires.

(Voir pièce jointe "tableau des composants élémentaires de la matière").

2.3 Caractéristiques

Les muons sont des particules élémentaires chargées, ils y a donc une influence du bouclier magnétique terrestre: si les protons sont beaucoup chargés, les muons le seront donc également, ils seront lourd et tomberont directement au sol. Mais si les protons sont peu chargés, les muons le seront aussi et le champ magnétique les dirigera donc vers les pôles. Ils ont une durée de vie de 2,2 microsecondes (c'est le temps propre du muon), et se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière. La distance parcourue au cours de sa vie est d=2,2*10^-6*3*10^8 mètres (soit environ 660 mètres). Or, plus la vitesse est grande et plus le temps dans notre référentiel s'écoule lentement. La durée de vie mesurée du muon est donc de : 12,9*2,2*10^-6 secondes (soit environ 28,3 microsecondes). Plus la vitesse est grande et plus le temps est ralenti: tmuon=a(alpha)*tlycée.

(Voir pièce jointe "la formule d'alpha").

La vitesse du muon: vmuon=0,997c donc vmuon/c=0,997 donc a(alpha)=12,92 et tmuon=2,8*10^-5 secondes

En conclusion, il y a une dilatation du temps sur la particule étudiée dans notre référentiel.

3. Les moyens pour détecter les muons

3.1 Les outils

Le cosmodétecteur, appelé aussi roue cosmique est un détecteur de muons cosmiques. Il est composé de 4 parties:

-Les raquettes de scintillateur

-Les photomultiplicateurs (PM)

-Une partie électronique

-Le logiciel

(voir pièce jointe "les 4 parties du cosmodétecteur")                  

Le logiciel (voir pièce jointe "Le logiciel"):

1- La 1ère LED verte nous montre qu'elle

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