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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.
In this course, you will learn
- 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?
Syllabus :
1. Matière et forces, mesurer et compter
- Matière
- Forces
- Unités naturelles
- Relativité restreinte et quadrivecteurs
- Particules virtuelles
- Probabilité et section efficace
- Atténuation d'un faisceau de photons
- Expérience Rutherford
- Section efficace Rutherford
- Taux de comptage Rutherford
- Diffusion quantique
- Expérience Rutherford en pratique
2. Physique nucléaire
- La masse des noyaux
- Taille et spin des noyaux
- Modèles nucléaires
- QCD et force nucléaire
- Radioactivité alpha
- Energie des particules alpha
- Radioactivité beta et gamma
- Loi de la désintégration
- Radioactivité en pratique
- Datation C14 et imagerie IRM
- Fission nucléaire
- Energie nucléaire
- Fusion, soleil et lTER
- Le Tokamak de l'EPFL
- Centrale nucléaire de Beznau
3. Accélérateurs et détecteurs
- Principes d'accélération
- Frèquence cyclotronique
- Accélération et focalisation
- Le complexe des accélérateurs du CERN
- Eléments du LHC
- Particules lourdes dans la matière
- Particules légères dans la matière
- Photons dans la matière
- Détecteurs d'ionisation à gaz
- Détecteurs semiconducteurs
- Détecteurs à scintillation et Cherenkov
- Spectromètres et calorimètres
- Détecteurs de particules au DPNC
4. Interactions électromagnétiques
- Rappel : Décrire une réaction
- Diffusion électromagnétique
- Spin et moment magnétique
- Mouvement dans un Penning Trap
- Diffusion Compton et annihilation en paires de photons
- Annihilation électron-positron
5. Hadrons et interactions fortes
- Diffusion élastique
- Diffusion inélastique et quarks
- Résonances quark-antiquark et mésons
- Couleur et interactions fortes
- Hadronisation et jets
6. Interactions électro-faibles
- Particules et antiparticules
- Les transformations C, P et T
- Charges et interactions faibles
- Désintégration du muon et du tau
- Le boson W
- Le boson Z
- Diffusion de neutrinos
- Désintégration faible des quarks
- Oscillations particule-antiparticule et violation de CP
- Oscillations de neutrinos
- Le mécanisme de Higgs
- Le boson de Higgs
- La découverte du Higgs
7. Matière et énergie sombre
- Le Big Bang et ses conséquences
- Matière sombre
- Energie sombre
- Que se cache-t-il derrière la matière et l'énergie sombre ?
