Description d’une expérience

Une expérience au GANIL : Réalisation d’une expérience

 Ce texte est inspiré du stage de 3e des élèves M. Raphael Lê, M. Grégoire Varlet (Ecole Cours du Sacré Coeur à Caen) et M. Alban Costy  (Institut Saint Jean Eudes à Vires). Après une visite de l’accélérateur du GANIL et une discussion sur les thématiques de recherche du GANIL, les trois élèves ont décidé d’écrire une proposition d’expérience pour le GANIL.

Expérience au GANIL – stage de 3e

L’idée est la suivante: Le noyau de fluor 18 est composé de 9 protons et de 9 neutrons. Il n’existe pas dans la nature car il est radioactif, il se transforme en oxygène 18 dans un temps de 2 heures (durée de vie). Par contre, ce noyau est produit dans les étoiles, en particulier dans les explosions appellées “novae”. Il est important de connaître sa masse, car qui dit masse dit énergie (via la formule E=Mc2). De plus, sa masse n’est pas exactement la somme des masses des protons et des neutrons. Comment mesurer sa masse ? Il faut d’abord le produire. Les élèves proposent de le produire par la collision de noyaux stables de néon 20 (composé de 10 protons et de 10 neutrons) accélérés par le GANIL sur une cible d’or (noté Au). Dans les collisions, plein de noyaux différents sont produits, du fluor 18, aussi du fluor 19 et de l’oxygène 18. Il faut trouver un moyen de mesurer la masse des noyaux. Les élèves proposent d’utiliser un spectromètre magnétique, comme celui appelé LISE, et un détecteur semi-conducteur de silicium (Si). Voir figure ci-dessous.

Tous les noyaux sont produits au même moment, car l’accélérateur produit des paquets de particules avec une précision de 1 milliardième de seconde. Les noyaux les plus rapides arrivent les premiers sur le détecteur Si. Il existe une relation entre la vitesse des particules v, leur masse m, leur charge électrique Q, et le champ magnétique B du spectromètre (ici B=1 T). R est le rayon fixe du spectromètre (ici R=2 mètres). Les élèves obtiennent la prédiction pour le temps t présentée ci-dessous. Ce temps est le temps mis par les noyaux de fluor 18 pour aller de la cible au détecteur Si. Si la masse est différente, le temps sera différent. Il est ainsi possible de mesurer la masse des noyaux de fluor 18.