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Physique des plasmas et des particules élémentaires

PHY47xA

Les trois états les plus connus de la matière sont l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux. Il y en a cependant un quatrième qui n'en est pas moins important : le plasma. La plupart de la matière dans l'univers se présente sous forme de plasma. On obtient un plasma lorsque les électrons se dissocient des noyaux atomiques comme cela est le cas au sein des étoiles (exemple d'un plasma dense) ou dans le vent solaire dans l'espace interplanétaire (exemple d'un plasma dilué). La longue portée de l'interaction coulombienne confère à ces milieux des propriétés originales. De son côté, la physique des particules (ou subatomique, corpusculaire, des hautes énergies suivant les époques) a pour but de dégager une vision unifiée de l'ensemble des forces de la nature : électromagnétique, nucléaire faible, nucléaire forte et ultimement gravitation.

Le MODAL "Physique des plasmas et des particules élémentaires" donne la possibilité de se familiariser avec ces deux domaines de la physique. Trois Options (regroupant entre 4 et 8 élèves) sont proposées :

(a)  l'Option "Plasmas créés par laser" où les élèves créent un plasma sur une cible solide ou gazeuse à l'aide d'un laser et, grâce à différentes techniques optiques, étudient son évolution et ses caractéristiques ;

 

(b)  l'Option"Spectroscopie de plasmas froids" où les élèves étudient et interprètent la lumière émise par un plasma créé par une décharge électrique en termes des transitions atomiques ou moléculaires ;

 

(c)  l'Option "Interactions fondamentales" qui regroupe quatre expériences, toutes dédiées à l'étude des particules élémentaires :

- l'expérience "Diffusion Compton" où les élèves étudient la diffusion d'un photon de haute énergie sur un électron ;

- l'expérience "Annihilation matière-antimatière" où les élèves étudient l'annihilation des positrons avec des électrons, en vue de son exploitation par l'imagerie médicale ;

- l'expérience "Imagerie Béta" où les élèves étudient les mécanismes de diffusion et d'absorption des rayonnements Béta à l'aide des cartes 2D de la radioactivité Béta dans un échantillon ;

- l'expérience "Étude de rayonnement cosmique" où les élèves étudient les muons d'origine cosmique et mettent en évidence des effets relativistes.

 

Seulement une Option peut être suivie dans une période donnée. Les descriptions détaillées des trois Options de ce MODAL peuvent être consultées en cliquant sur les liens correspondant.

Informations valables pour les trois MODAL de Physique (PHY47xA & PHY47xB & PHY47xC (x = 2, 3, 4) ) :

Les trois MODAL de Physique ("Physique des plasmas et des particules élémentaires", "Physique des lasers et applications" et "Physique de la matière condensée") seront ouverts en P2, P3 et P4. Cependant, toutes les Options des ces trois MODAL ne seront pas forcement proposées à chaque période. La répartition des Options sur les trois périodes dépendra du nombre d'élèves inscrits, des préférences des élèves inscrits et des disponibilités des enseignants.

La démarche adoptée dans les trois MODAL de Physique sera proche d'un travail de recherche et visera la compréhension des phénomènes fondamentaux à partir de leur manifestation expérimentale. Pour la plupart de ces thèmes, les premières séances consisteront en une familiarisation expérimentale en observant des phénomènes simples dans des conditions bien caractérisées. Leur interprétation s'effectuera en faisant appel à un aller-retour entre expérimentation et modélisation théorique, en s'appuyant sur des cours et/ou des documents écrits.

La majeure partie du module sera ensuite consacrée à un projet sur un sujet proche de ceux étudiés en laboratoire de recherche. Dans cette phase, les élèves disposent en général d'un grand degré de liberté pour mener le travail, qui peut être orienté selon leur choix.

Durant tout le module, la méthode de travail de recherche requerra entre autres d'utiliser son sens physique, de se questionner sur la pertinence et sur les limites des mesures effectuées et de faire preuve de sens critique vis-à-vis de son propre travail. Le module se terminera par une présentation orale individuelle du chaque élève et par un rapport rédigé en binôme.