Département de Physique Nucléaire

Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

TP DEA CPM
Paris VI, VII, XII

De quoi s'agit il ?

La Terre est constament bombardée de particules de très haute énergie provenant du milieu interstellaire. En pénetrant dans la haute atmosphère, les particules vont interagir en faisant des collisions avec les molécules du gaz atmosphérique et donnent lieu à ce qu'on appelle des "gerbes".

La plupart des particules produites par les rayons primaires ne sont pas suffisamment stables pour atteindre le sol car elles se désintègrent en d'autres particules plus stables. Au niveau du sol le rayonnement cosmique est principalement composé de muons (, ). Les muons se désintègrent selon les réactions:

Dans un processus de désintegration, on définit le temps de vie d'une particule comme le temps nécessaire pour qu'un échantillon contenant N₀ particules soit réduit à N₀/2 particules. Le nombre de particules se désintégrant pendant le temps dt est :

La loi de désintégration est donc :

Le but de cette expérience est de mesurer le temps de vie du muon à partir des désintégrations. Le dispositif expérimental est décrit sur la figure ci-dessous. Un ensemble de quatre plaques de plastique scintillant couplées à des photo-multiplicateurs (PM) permet de détecter les muons entrant dans la cuve d'eau. L''electron produit lors d'une désintégration va emettre de la lumière par effet Cerenkov. Cette lumière sera réfléchie et mesurée par les PM situés en haut de la cuve.

Ce que feront les étudiants. Pouvant etre considere comme une "mini" experience, ce TP permettra au etudiants d'aborder les differents aspects de la physique experimentale :

Physique : Duree de vie, interaction faible, interaction des particules avec la matiere.
Instrumentation : Detection des particules chargees, scintillateurs, photomultiplicateurs, effet Cerenkov.
Electronique : Coincidence temporelles, dsicrimination, integration, triger.
Acquisition : CAMAC + chassis VME, pilote par un Mac (systeme valet +), ecriture du programme d'acquisition.
Analyse des donnees : soustraction du bruit, coupures, ajustement (Utilisation de PAW).
Presentation des resultats : Determination des incertitudes systematiques et statistiques.

Infos et liens utiles...

Extraits (1 , 2, 3, 4 ) du Particle Data Group, sur le passage des particules dans la matière.
Un autre extrait du PDG sur les scintillateurs.
Toujours le PDG, sur les rayons cosmiques et les "air showers".