6.4 Désintégration du muon et du tau

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En provenance du cours de University of Geneva

Physique des particules - une introduction

51 note

University of Geneva

Physique des particules - une introduction

51 note

Ce cours vous introduit à la physique subatomique, c'est à dire à la physique du noyau et à celle des particules élémentaires. Plus spécifiquement les questions adressées sont les suivantes : - Quels sont les concepts de la physique des particules et comment sont-ils implémentés? - Quelles sont les propriétés du noyau atomique et comment peut on les utiliser? - Comment accélérer et détecter des particules et mesurer leurs propriétés? - Qu’est-ce qu’on apprend à partir des réactions de particules à haute énergie et leurs désintégrations? - Comment fonctionnent les interactions électromagnétiques et comment peut-on les mettre à contribution? - Comment fonctionnent les interactions fortes et pourquoi sont-elles difficiles à comprendre? - Comment fonctionnent les interactions faibles et pourquoi sont-elles spéciales? - Quelle est la masse des objets au niveau subatomique, et comment y intervient le Higgs? - Que peut-on apprendre de la physique des particules concernant l’astrophysique et l’Univers tout entier? Le cours est structuré en sept modules. Suivant le premier module qui introduit notre sujet, les modules 2 (Physique nucléaire) et 3 (Accélérateurs et détecteurs) dépendent peu du reste du cours et peuvent être étudiés séparément. Les modules 4 à 7 approfondissent les notions de la matière et des forces élémentaires.

À partir de la leçon

Interactions électro-faibles

Pendant ce module on approfondit notre discussion des forces en y rajoutant les forces faibles. Vous comprendrez mieux la relation entre particules et antiparticules, moyennant les transformation de conjugaison de charge et de parité. Vous rencontrez les charges faibles et les bosons qui transmettent la force faible. A travers quelques réaction exemplaires, vous apprécierez les spécificités de la force faible et sa relation avec la force électromagnétique. Vous rencontrez les propriétés fascinantes des neutrinos. Et vous serez libéré d'un de vos préjugés, qui dit probablement que la masse des quarks et leptons est une de leurs propriétés intrinsèques.

6.4 Désintégration du muon et du tau10:17

Rencontrer les enseignants

Martin Pohl
Professeur ordinaire
Département de physique nucléaire et corpusculaire
Mercedes Paniccia
Collaboratrice scientifique
Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire

[MUSIQUE] Dans ce sixième

module on est en train de discuter

les interactions faibles, et dans cette cinquième séquence vidéo,

on parlera des propriétés du boson W, qui transmet la force

faible chargée et qui est responsable des désintégrations faibles.

Après avoir suivi cette vidéo, vous vous rappellerez les couplages

de W avec la matière et les forces,

et vous connaîtrez sa masse et les manières de la mesurer.

Dans le module 6.3 on avait déjà défini les couplages de W à la matière,

qui sont ici montrés par ces deux vortex.

Et dans le module 6.4, on avait passé en revue la méthode de mesurer

la constante de Fermi pour le processus de transfert d'impulsion

basse, c'est-à-dire un couplage beaucoup plus petit que la masse au carré de W.

Reste à savoir maintenant comment on mesure la masse du boson W.

Ceci est fait avec deux

méthodes différentes qui ont une précision comparable.

La première détermine la masse en mesurant le seuil en énergie pour la production

des W en paires dans l'annulation,

et les trons positrons Comme c'est montré ici par ces deux diagrammes de Feynman.

On a déjà constaté que l'évolution vectorielle W et Z portent eux-mêmes

une charge électro-faible, les W plus moins en charge électrique,

et les W et les Z en iii faible.

Par conséquent il existe des vortex d'interaction entre les bosons

électro-faibles, qui sont montrés ici par ces deux diagrammes des vortex en bas,

qui se comportent selon les constantes de couplage qui sont ainsi indiquées.

Ces vortex fixent les valeurs des couplages électro-faibles d'une manière

unique, en même pour les interactions entre bosons, et entre bosons et fermions.

Les bosons chargés peuvent alors être produits en paires par l'annulation

électron-positron.

La forme et la position de la section de fixage au sol pour la réaction déterminent

la masse du boson W, avec une bonne précision comme c'est montré dans

ce graphisme à droite, qui est une mesure effectuée par l'expérience L3 au lab.

La deuxième méthode consiste à mesurer les produits de la désintégration

et de former la masse ambiante.

Comme la masse est une variante relativiste,

on a pas besoin de produire la particule au repos,

et donc pour une une désintégration de deux corps à haute énergie,

ceci revient à mesurer l'énergie et la direction des particules.

Donc ici on montre un évènement de désintégration d'un W plus un

positron plus neutrino électronique, vu par l'expérience Atlas au LRC,

qui contient un positron de haute énergie, qui est montré par sa trace jaune

dans le détecteur central, et les dépôts d'énergie jaunes dans la calorimètre.

Le neutrino, qui est le deuxième produit de la désintégration W plus,

ne laisse pas de trace dans le détecteur,

mais se manifeste par son énergie impulsion manquante.

Les balances de l'impulsion mettent un effet juste assuré dans le plan

transversal au faisceau parce que les quarks et muons qui interviennent dans

cette réaction ont une fraction X variable de l'impulsion des protons incidents.

Néanmoins une analyse de la cinématique dans ce plan

transversal permet d'arriver à une bonne précision pour la masse de W.

Les résultats des deux méthodes sont en bon accord,

et peuvent être moyennés parce qu'ils sont indépendants.

Par rapport au Z, on constate que la précision que l'on attend avec la méthode

de seuil de production et les produits des intégrations des

fois moindres si l'on mesure la masse par production résonante.

Dans la prochaine vidéo on parlera des propriétés du boson Z,

qui transmet les interactions faibles neutres.

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