Neutrino

LA PETITE HISTOIRE DU NEUTRINO En étudiant les désintégrations radioactives, il avait été établi que les rayons alpha1 emportaient toute l'énergie disponible : ils étaient "monocinétiques2". Par contre, les rayons bêta3 n'avaient pas tous la même énergie. En 1930 cette évidence posait un problème aux physiciens. Qu'en était-il de la loi de conservation de l'énergie pour la désintégration bêta ? Niels Bohr en vint un jour à remettre en question ce fondement de la physique. Pour sauver la loi

FICHE 1 PRÉSENTATION  Titre La remarquable histoire du neutrino.   Type d'activité Activité documentaire   Objectifs de l’activité La première partie doit permettre aux élèves de se remémorer, de se réapproprier les notions abordées dans un chapitre précédent sur les désintégrations radioactives. La deuxième partie sert à amener la situation problème.   Références par rapport au programme Cette activité illustre le thème COMPRENDRE et le sous thème FORMES ET PRINCIPE DE CONSERVATION

permettrait de satisfaire le principe de conservation de l’énergie. Cette particule est appelée « neutrino » en 1933. Son existence à été confirmé expérimentalement en 1956. 3) L’antineutrino représenté par la lettre est une particule dont les nombres de charge et de masse sont égaux à zéro. C’est pour cela que sa découverte est récente. 4) La découverte des neutrinos est récente car ces particules intéragissent très peu avec la matière ce qui a rendu leur mise en évidence

FICHE 1 PRÉSENTATION Titre La remarquable histoire du neutrino. Type d'activité Activité documentaire Objectifs de l’activité La première partie doit permettre aux élèves de se remémorer, de se réapproprier les notions abordées dans un chapitre précédent sur les désintégrations radioactives. La deuxième partie sert à amener la situation problème. Références par rapport au programme Cette activité illustre le thème COMPRENDRE et le sous thème FORMES ET PRINCIPE DE CONSERVATION DE L’ENERGIE

– 31.009 kg = 819 kg Les particules fondamentales Les Leptons sont de particules légères qui ont des dimensions et propriétés similaires aux électrons. Six différents leptons ont été répertoriés: électron, muon, tauon, neutrino électronique, neutrino muonique, neutrino tauonique. Les Quarks sont des particules plus lourdes, qui par paires définies, constituent les protons et les neutrons. Trois paires de quarks sont répertoriés : Up & Down, Strange & Charm, Bottom & Up. Les forces fondamentales

charge - 1/3, en un quark up, de charge +2/3, est réalisée par l'émission d'un boson W ; de cette façon, le neutron se désintègre en un proton (qui contient un quark down et deux quarks up), un électron et un antineutrino électronique. n → p + e- + neutrino + 782 keV À l'extérieur d'un noyau atomique, le neutron libre est instable et sa durée de vie moyenne est de 885,7 s (soit un peu moins de 15 minutes ; la demi-vie correspondante est de 885,7 x Ln (2) = 613,9 s, soit un peu plus de 10 minutes)2

s'applique a toute particule ayant une charge électrique (proton). Interaction colombienne répulsive, c'est à dire que les particules se repoussent. L'interaction forte permet de lier les quarks entre eux pour former des hardons. Les électrons, photons, neutrinos ne sont pas des quarks et sont insensibles à l'interaction forte. Cette interaction a la plus forte intensité. Elle est attractive et s'oppose à la répulsion électrostatique. Elle permet de confiner les protons dans le noyau. Enfin, l'interaction

ma:m:mD"'-, 1. REACTIONS DANS LE SOLEIL DES NEUTRINOS DE FUSION 1. COMPRÉHENSION DU TEXTE 1. Quelle est la particularité des neutrinos? _ , 2. Quelle hypothèse lesphysiciens imaginent-ils à leurpropos? 3. On admet une énergie moyenne de 7, 5 MeV pour chaque neutrino atteignant la Terre. Quelle serait la puissance détectée par mètre carré si on arrivait à entièrement les arrêter. Comparer cette puissance à lënergie rayonnante reçue du Soleil qui est de l'ordre de 1400 W. m-2. ET DETECTION

combustion de l’hydrogène dans le soleil. La compréhension du mécanisme induisant cette radioactivité a conduit à la découverte : - d’une nouvelle force, baptisée force faible en raison de sa faible intensité, - d’une nouvelle particule, appelé neutrino. Les neutrinos ne sont sensibles qu’à la force faible ; ainsi ils peuvent traverser la Terre de part en part sans subir aucune altération. La force faible est la quatrième et dernière des forces fondamentales connues. 3 Nous venons de le voir : la notion

2 2 b. Désintégration β + et capture électronique Un proton du noyau se transforme en neutron. Cette transformation est accompagnée de la création et de l’émission d’un positron (particule de charge +e et de même masse que l’électron) et d’un neutrino (particule de masse nulle). La transformation s’écrit : A Z XN → A Z-1 YN+1 + e + + ν Figure 1 : carte des noyaux connus. Les noyaux stables sont notés en noir. Les noyaux instables vont, par une suite de désintégrations radioactives