Physique des particules

Le modèle standard : particules et interactions

Examinez les signatures de particules dans un détecteur multicouche (tracker, calorimètre, chambre à muons) en faisant varier impulsion et champ. Identifiez électron, muon et hadron par leurs traces — la compétence de lecture d'événements en physique des particules.

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Matériel

Modèle 3D de détecteur multicouche : tracker, calorimètre, chambre à muons
Bouton «Changer de particule» et Pause
Curseurs d'impulsion relative et de champ magnétique

Protocole

Identifier via les couches du détecteur
Appuyez « Changer de particule » pour parcourir les espèces : électron (dévie dans le tracker, s'arrête dans le calorimètre EM), hadron (gerbe dans le calorimètre hadronique), muon (traverse tout, laisse un signal dans la chambre à muons), photon/neutrino (pas de trace ; le neutrino s'échappe). Dressez un tableau d'identification.
Mesurer la courbure pour l'impulsion
Pour une particule chargée, variez « Impulsion relative » : la trajectoire se rectifie quand p croît — rayon $r=p/(qB)$ . Lisez r à deux réglages de p et vérifiez la proportionnalité ; c'est ainsi que les spectromètres réels «pèsent» l'impulsion.
Faire varier le champ magnétique
À impulsion fixe, montez « Champ magnétique relatif » : B fort → courbure serrée, mesure facile mais enroulement rapide ; B = 0 → ligne droite. Notez l'arbitrage de conception : champs intenses (solénoïde ~2 T de CMS au LHC) pour mesurer les particules de haute énergie.
Prévoir une particule inconnue
Appuyez « Changer de particule » en masquant le nom : devinez l'espèce d'après la trace avant de confirmer. Extension : une particule neutre (photon) ne laisse qu'un signal calorimètre sans trace ; le neutrino — le «fantôme» du modèle standard — disparaît totalement et ne se révèle que par l'impulsion manquante $p_T^{miss}$ .

Simulation

Histoire de l’expérience

Les détecteurs de particules ont évolué de la chambre à bulles (Glaser, 1952 — Nobel 1960) et de la chambre proportionnelle multifils (Charpak, 1968 — Nobel 1992) vers les blocs multicouches du LHC, où chaque événement enregistre des centaines de millions de canaux. Le principe demeure : un tracker courbe mesure l'impulsion, les calorimètres absorbent l'énergie, les chambres à muons filtrent les particules pénétrantes. Le modèle standard — assemblé de Glashow–Weinberg–Salam (électrofaible, Nobel 1979), Gell-Mann–Zweig (quarks), Yang–Mills (théorie de jauge), Englert–Brout–Higgs (génération de masse, Nobel 2013) — décrit trois interactions et 17 particules fondamentales ; le boson de Higgs fut trouvé par ATLAS/CMS en 2012 précisément par cette lecture de signatures. Ce qu'il n'explique pas — masses des neutrinos, matière noire, asymétrie matière–antimatière — constitue le programme de la physique au-delà du modèle standard.

Physiciens associés

Paul Dirac Richard Feynman Murray Gell-Mann Steven Weinberg Mohammad Abdus Salam Sheldon Lee Glashow Peter Ware Higgs François Englert Chen Ning Yang Georges Charpak Donald Arthur Glaser

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