Physique des particules

Le MOOC Physique des particules vous introduit à la physique subatomique, c’est à dire à la physique du noyau et à celle des particules élémentaires.

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Présentation

Le MOOC Physique des particules 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 :/p>

– Quels sont les concepts de la physique des particules et comment sont-ils implémentés?/p>

– Quelles sont les propriétés du noyau atomique et comment peut on les utiliser?/p>

– Comment accélérer et détecter des particules et mesurer leurs propriétés?/p>

– Qu’est-ce qu’on apprend à partir des réactions de particules à haute énergie et leurs désintégrations?/p>

– Comment fonctionnent les interactions électromagnétiques et comment peut-on les mettre à contribution?/p>

– Comment fonctionnent les interactions fortes et pourquoi sont-elles difficiles à comprendre?/p>

– Comment fonctionnent les interactions faibles et pourquoi sont-elles spéciales?/p>

– Quelle est la masse des objets au niveau subatomique, et comment y intervient le Higgs?/p>

– Que peut-on apprendre de la physique des particules concernant l’astrophysique et l’Univers tout entier?/p>

Programme

Semaine 1 : Matière et forces, mesurer et compter

1.1 Matière
1.2 Forces
1.3 Probabilité et section efficace
1.4 Expérience Rutherford
1.5 Diffusion quantique
1.6 Expérience Rutherford en pratique

Semaine 2 : Physique nucléaire

2.1 La masse des noyaux
2.2 Taille et spin des noyaux
2.3 Modèles nucléaires
2.4 Radioactivité alpha
2.5 Radioactivité beta et gamma
2.6 Radioactivité en pratique
2.7 Datation C14 et imagerie IRM
2.8 Fission nucléaire
2.9 Energie nucléaire
2.10 Fusion, soleil et ITER
2.11 Le Tokamak de l’EPFL
2.12 Centrale nucléaire de Beznau
Quiz sommatif module 2

Semaine 3 : Accélérateurs et détecteurs

3.1 Principes d’accélération
3.2 Accélération et focalisation
3.3 Eléments du LHC
3.4 Particules lourdes dans la matière
3.5 Particules légères dans la matière
3.6 Photons dans la matière
3.7 Détecteurs d’ionisation à gaz
3.8 Détecteurs semiconducteurs
3.9 Détecteurs à scintillation et Cherenkov
3.10 Spectromètres et calorimètres
3.11 Détecteurs de particules au DPNC

Semaine 4 : Interactions électromagnétiques

4.1 Rappel : Décrire une réaction
4.2 Diffusion électromagnétique
4.3 Spin et moment magnétique
4.4 Diffusion Compton et annihilation en paires de photons
4.5 Annihilation électron-positron

Semaine 5 : Hadrons et interactions fortes

5.1 Diffusion élastique
5.2 Diffusion inélastique et quarks
5.3 Résonances quark-antiquark et mésons
5.5 Couleur et interactions fortes
5.6 Hadronisation et jets

Semaine 6 : Interactions électro-faibles

6.1 Particules et antiparticules
6.2 Les transformations C, P et T
6.3 Charges et interactions faibles
6.4 Désintégration du muon et du tau
6.5 Le boson W
6.6 Le boson Z
6.7 Diffusion de neutrinos
6.8 Désintégration faible des quarks
6.9 Oscillations particule-antiparticule et violation de CP
6.10 Oscillations de neutrinos
6.11 Le mécanisme de Higgs
6.12 Le boson de Higgs
6.13 La découverte du Higgs

Semaine 7 : Matière et énergie sombre

7.1 Le Big Bang et ses conséquences
7.2 Matière sombre
7.3 Energie sombre
7.4 Que ce cache-t-il derrière la matière et l’énergie sombre ?

Déroulement

Le cours consiste en une série de 7 sessions, comprenant chacune un certain nombre de brèves présentations vidéo (8 à 15 minutes). Chaque session s’accompagne d’un questionnaire d’évaluation. 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.