Comment produire des Rayons Gamma ?

Voici une série d’animations qui montrent comment les rayons gamma peuvent être créés avec différentes interactions de particules.

Production et désintégration de pion

Un proton qui se déplace à vitesse très proche de celle de la lumière vient frapper un proton un peu plus lent. Les protons survivent à la collision mais leur interaction crée une particule instable appelée « pion » avec seulement 14% de la masse du proton. En 10 millionièmes de milliardième de seconde, le pion se désintègre en une paire de photons gamma.

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Les neutrinos voyageraient plus vite que la lumière

Une expérience italienne a apporté des preuves que les neutrinos peuvent voyager plus vite que la lumière. Si cela s’avérait exact, cela remettrait en cause une des règles les plus fondamentales de la physique moderne : que rien ne peut voyager plus vite que 299 792 458 mètres par seconde.

L’expérience OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) se situe à 1400 mètres de profondeur sous le Gran Sasso National Laboratory italien. Elle a été conçu pour étudier les faisceaux de neutrinos en provenance du CERN, situé à 730 Km de là à Genève.

Les neutrinos sont des particules fondamentales électriquement neutres, ayant une masse extrêmement faible et n’interagissant que très peu avec la matière. On les trouve tout autour de nous. Le Soleil les produit en si grande quantité que des milliards de neutrinos nous traversent chaque seconde.

Les neutrinos, tels que détectés par OPERA, sont arrivés 60 nanosecondes plus rapidement qu’ils ne l’auraient fait à la vitesse de la lumière. « Nous sommes sous le choc » a déclaré Antonio Ereditato, physicien de l’Université de Berne (Suisse) et porte-parole de l’expérience OPERA.

« Nous sommes sous le choc » a déclaré Antonio Ereditato, physicien de l’Université de Berne (Suisse) et porte-parole de l’expérience OPERA. Les chercheurs affirment avoir mesuré la distance entre le CERN et le laboratoire à 20 centimètres près. Ils peuvent mesurer le temps du voyage à 10 nanosecondes près et ont vu l’effet se reproduire dans plus de 16 000 évènements mesurés au cours des 2 dernières années. Le groupe présentera ses résultats demain au CERN et une prépublication sera postée sur ArXiv.org

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Le Modèle Standard de la physique des particules

Le Modèle Standard de la physique des particules a été développé dans les années 1970. Il tente de décrire les particules et les forces qui expliquent tous les phénomènes physiques.

Ce modèle comprend 16 particules fondamentales : 12 particules qui constituent la matière que nous connaissons (les fermions) et 4 particules porteuses des forces d’intéraction (les bosons de jauge).

Les noyaux des atomes, que l’on croyait être indivisibles (d’où leur nom : « Atomos » signifie insécable en grec), sont constitués de protons et de neutrons, qui sont eux-même composés de particules appelées quarks, liées par la force nucléaire forte.

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Spectromètre magnétique alpha 2 : pour lever le voile sur les mystères de l’Univers (antimatière et matière noire)

L’Alpha Magnetic Spectrometer 2 (spectromètre magnétique alpha) ou AMS-02 est un détecteur de particules utilisant une technologie de pointe. Il sera installé sur la Station Spatiale Internationale par la mission STS-134 qui décollera à bord de la navette Endeavour.

AMS-02 est le fruit d’une coopération internationale composé de 60 instituts provenant de 16 pays (Etats-Unis, Italie, Taiwan, Allemagne, Suisse, Espagne, France, Russie, Chine, Corée du Sud, Danemark, Finlande, Pays-Bas, Portugal, Mexique et Roumanie) organisée sous le contrôle du Department of Energy.

Antimatière

Des données expérimentales indiquent que notre galaxie est constituée de matière. Cependant, il y a plus de 100 000 millions de galaxies dans l’Univers et la théorie du Big Bang sur l’origine de l’Univers requiert une quantité égale de matière et d’antimatière. S’il y a ou non une quantité significative d’antimatière est l’une des questions fondamentales sur l’origine et la nature de l’Univers.

Matière noire

La matière visible de l’Univers représente moins de 5% de sa masse totale d’après de nombreuses observations. Les 95% restants sont la matière noire (estimée à 20%) et l’énergie noire (75%) dont la nature reste inconnue.

La matière noire serait peut-être composée de neutralinos. Si les neutralinos existent, ils devraient entrer en collision les uns avec les autres et dégager un excès de particules chargées qui pourront être détectées par l’AMS-02. Tout pic de positrons, anti-protons ou de flux gamma pourrait signaler la présence de neutralinos ou d’autres particules composant la matière noire.
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Le vide, ce n’est pas rien : de la matière et de l’antimatière générées à partir du vide

Des scientifiques et ingénieurs ont développé de nouvelles équations qui montrent comment un faisceau d’électrons de haute énergie combiné avec une impulsion laser intense peut décomposer le vide en matière et antimatière et déclencher une cascade d’évènements qui génère des pairs additionnelles de particules et antiparticules.

« Nous pouvons maintenant calculer comment plusieurs centaines de particules peuvent être produites à partir d’un simple électron. Nous pensons que cela se produit dans la nature près des pulsars et étoiles à neutron » a déclaré Igor Sokolov, l’ingénieur de recherche scientifique qui a mené cette recherche avec John Nees, et le professeur émérite de génie électrique Gérard Mourou et ses collègues français.

Au coeur de ce travail se trouve l’idée que le vide, ce n’est pas rien.

« Il vaut mieux dire, comme le physicien théoricien Paul Dirac, que le vide, ou ‘rien’, est la combinaison de matière et d’antimatière — particules et antiparticules. Leur densité est énorme mais nous ne pouvons pas les percevoir parce que leurs effets observables s’annulent mutuellement » a déclaré Sokolov.

La matière et l’antimatière s’annihilent mutuellement lorsqu’elles entrent en contact dans des conditions normales.

Mais dans un fort champ électromagnétique, cette annihilation peut être la source de nouvelles particules, d’après John Nees. « Au cours de l’annihilation, des photons gamma apparaissent, ce qui peut produire des électrons et positrons supplémentaires »

Un photon gamma est une particule de lumière de haute énergie. Un positron est un anti-électron, une particule miroir ayant les mêmes propriétés qu’un électron, mais une charge opposée (positive).

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