Détecteurs de particules E-Book

Encyclopaedia Universalis

• Herausgeber: Encyclopaedia Universalis
• Kategorie: Bildung
• Sprache: Französisch

Seitenzahl: 50

Veröffentlichungsjahr: 2016

Beschreibung

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 ...

Leseprobe

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ISBN : 9782341004404

© Encyclopædia Universalis France, 2016. Tous droits réservés.

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Détecteurs de particules

Introduction

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.

Bernard PIRE

1. 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. Seules les particules chargées sont ionisantes et leur trajectoire peut donc être directement observée. Les particules neutres n’y sont détectées qu’indirectement. Ces appareils rendent possible un examen détaillé de chaque interaction mais leur exploitation est si lente qu’on leur préfère souvent les détecteurs électroniques.

• L’émulsion nucléaire

La sensibilité de l’émulsion photographique au rayonnement nucléaire avait permis à Antoine Becquerel de découvrir la radioactivité naturelle en 1896. Ce n’est que vers 1925 cependant qu’il fut établi que des trajectoires individuelles de protons lents ou de particules α pouvaient être détectées grâce aux émulsions.

L’émulsion photographique est composée de grains de bromure d’argent (AgBr) dispersés dans de la gélatine. Lors de son passage dans l’émulsion, une particule chargée ionise des grains de bromure d’argent. Ces grains ionisés sont transformés en argent métallique lors du développement. Après fixation et rinçage pour éliminer le bromure d’argent non ionisé, les grains d’argent alignés le long des trajectoires des particules sont observés au microscope. Les émulsions photographiques usuelles n’ont pu être utilisées en l’état pour l’étude des particules. Leur faible sensibilité permettait seulement la détection de particules extrêmement ionisantes, c’est-à-dire de très faible énergie. La faible épaisseur d’émulsion (moins de 10 μm) ne permettait d’observer que des particules en incidence rasante. De longs travaux permirent d’aboutir en 1948 à des émulsions sensibles aux particules de très grande vitesse et donc à faible pouvoir ionisant.