Physique des particules - une introduction

About this course: Ce cours vous introduit à la physique subatomique, c'est à dire à la physique du noyau et à celle des particules élémentaires. Plus spécifiquement les questions adressées sont les suivantes : - Quels sont les concepts de la physique des particules et comment sont-ils implémentés? - 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? 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.

Created by:  University of Geneva

• Taught by:  Martin Pohl, Professeur ordinaire

  Département de physique nucléaire et corpusculaire

• Taught by:  Mercedes Paniccia, Collaboratrice scientifique

  Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire

Level Intermediate Language French How To Pass Pass all graded assignments to complete the course. User Ratings 4.3 stars Average User Rating 4.3See what learners said Coursework

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Syllabus


WEEK 1


Matière et forces, mesurer et compter



Pendant ce premier module on introduira notre sujet en faisant le tour des objets de la physique des particules, c’est à dire la matière, les forces et l’espace-temps. On discutera aussi comment on définit l’intensité d’une interaction entre particules, par le biais de la section efficace, qui est une notion centrale de la physique des particules. A la fin de ce module, on visitera les travaux pratiques nucléaires de l’UniGe pour voir l'expérience Rutherford.


13 videos, 5 practice quizzes expand

1. Video: Présentation du cours
2. Video: 1.1 Matière
3. Practice Quiz: Matière
4. Video: 1.2 Forces
5. Practice Quiz: Forces
6. Video: 1.2a Unités naturelles
7. Video: 1.2b Relativité restreinte et quadrivecteurs
8. Video: 1.2c Particules virtuelles
9. Video: 1.3 Probabilité et section efficace
10. Practice Quiz: Probabilité et section efficace
11. Video: 1.3a Atténuation d'un faisceau de photons
12. Video: 1.4 Expérience Rutherford
13. Practice Quiz: Expérience de Rutherford
14. Video: 1.4a Section efficace Rutherford
15. Video: 1.4b Taux de comptage Rutherford
16. Video: 1.5 Diffusion quantique
17. Practice Quiz: Diffusion quantique
18. Video: 1.6 Expérience Rutherford en pratique

Graded: Quiz sommatif module 1

WEEK 2


Physique nucléaire



Pendant ce deuxième module on parle de la physique du noyau atomique et de ses applications. On visitera les travaux pratiques nucléaire de l’UniGe pour voir les expériences sur la radioactivité. A la fin du module, on visitera un réacteur expérimental à fusion et une centrale nucléaire.


15 videos, 9 practice quizzes expand

1. Video: 2.1 La masse des noyaux
2. Practice Quiz: La masse des noyaux
3. Video: 2.2 Taille et spin des noyaux
4. Practice Quiz: Taille et spin des noyaux
5. Video: 2.3 Modèles nucléaires
6. Practice Quiz: Modèles nucléaires
7. Video: 2.3a QCD et force nucléaire
8. Video: 2.4 Radioactivité alpha
9. Video: 2.4a Energie des particules alpha
10. Practice Quiz: Radioactivité alpha
11. Video: 2.5 Radioactivité beta et gamma
12. Practice Quiz: Radioactivité beta et gamma
13. Video: 2.5a Loi de la désintégration
14. Video: 2.6 Radioactivité en pratique
15. Video: 2.7 Datation C14 et imagerie IRM
16. Practice Quiz: Datation C14 et imagerie IRM
17. Video: 2.8 Fission nucléaire
18. Practice Quiz: Fission nucléaire
19. Video: 2.9 Energie nucléaire
20. Practice Quiz: Energie nucléaire
21. Video: 2.10 Fusion, soleil et lTER
22. Practice Quiz: Fusion, soleil et ITER
23. Video: 2.11 Le Tokamak de l'EPFL
24. Video: 2.12 Centrale nucléaire de Beznau

Graded: Quiz sommatif module 2

WEEK 3


Accélérateurs et détecteurs



Dans ce module, on va toucher les bases de la physique des accélérateurs et des méthodes de détection pour les particules. On passera en revue les principes de l'accélération et focalisation de particules chargées par les champs électromagnétiques. On verra comment ces principes sont appliqués dans les accélérateurs et anneau de stockage modernes. Vous serez introduit aux processus physiques qui permettent de détecter les différents types de particules et comment ils sont utilisé dans des détecteurs modernes.


13 videos, 9 practice quizzes expand

1. Video: 3.1 Principes d'accélération
2. Video: 3.1a Frèquence cyclotronique
3. Practice Quiz: Principes d'accélération
4. Video: 3.2 Accélération et focalisation
5. Video: 3.2a Le complexe des accélérateurs du CERN
6. Practice Quiz: Accélération et focalisation
7. Video: 3.3 Eléments du LHC
8. Video: 3.4 Particules lourdes dans la matière
9. Practice Quiz: Particules lourdes dans la matière
10. Video: 3.5 Particules légères dans la matière
11. Practice Quiz: Particules légères dans la matière
12. Video: 3.6 Photons dans la matière
13. Practice Quiz: Photons dans la matière
14. Video: 3.7 Détecteurs d'ionisation à gaz
15. Practice Quiz: Détecteurs d'ionisation à gaz
16. Video: 3.8 Détecteurs semiconducteurs
17. Practice Quiz: Détecteurs semiconducteurs
18. Video: 3.9 Détecteurs à scintillation et Cherenkov
19. Practice Quiz: Détecteurs à scintillation et Cherenkov
20. Video: 3.10 Spectromètres et calorimètres
21. Practice Quiz: Spectromètres et calorimètres
22. Video: 3.11 Détecteurs de particules au DPNC

Graded: Quiz sommatif module 3

WEEK 4


Interactions électromagnétiques



Pendant ce module on discute les interactions électromagnétiques, via l'échange de photons entre particules chargées électriquement. Vous vous rappellerez comment une réaction est décrite par sa section efficace. Vous en saurez plus sur la relation entre cette quantité et les digrammes de Feynman. Comme la matière consiste en fermions, on introduira le spin, mais d'une manière peu formelle. Vous comprendrez mieux les propriétés de quelques réactions exemplaires, comme la diffusion Compton et l'annihilation électron-positron, que vous avez déjà rencontré dans le module 3.


6 videos, 5 practice quizzes expand

1. Video: 4.1 Rappel : Décrire une réaction
2. Practice Quiz: Décrire une réaction
3. Video: 4.2 Diffusion électromagnétique
4. Practice Quiz: Diffusion électromagnétique
5. Video: 4.3 Spin et moment magnétique
6. Video: 4.3a Mouvement dans un Penning Trap
7. Practice Quiz: Spin et moment magnétique
8. Video: 4.4 Diffusion Compton et annihilation en paires de photons
9. Practice Quiz: Diffusion Compton et annihilation en paires de photons
10. Video: 4.5 Annihilation électron-positron
11. Practice Quiz: Annihilation électron-positron

Graded: Quiz sommatif module 4

WEEK 5


Hadrons et interactions fortes



Dans ce cinquième module vous verrez comment les expériences de diffusion – typiquement utilisant des photons virtuels comme sonde – nous renseignent sur la structure interne des hadrons. Vous apprécierez le rôle des quarks dans la formation de baryons et mesons. Vous comprendrez mieux la notion de la charge couleur et les propriétés des gluons qui transmettent la force forte. Vous verrez comment cette force emprisonne les quarks à l'intérieur de leurs états liés. Et comment par conséquent les quarks fortement secoués (ou crées en paires dans le vide) se transforment en gerbes de hadrons appelés jets.


5 videos, 5 practice quizzes expand

1. Video: 5.1 Diffusion élastique
2. Practice Quiz: Diffusion élastique
3. Video: 5.2 Diffusion inélastique et quarks
4. Practice Quiz: Diffusion inélastique et quarks
5. Video: 5.3 Résonances quark-antiquark et mésons
6. Practice Quiz: Résonances quark-antiquark et mésons
7. Video: 5.5 Couleur et interactions fortes
8. Practice Quiz: Couleur et interactions fortes
9. Video: 5.6 Hadronisation et jets
10. Practice Quiz: Hadronisation et jets

Graded: Quiz sommatif module 5

WEEK 6


Interactions électro-faibles



Pendant ce module on approfondit notre discussion des forces en y rajoutant les forces faibles. Vous comprendrez mieux la relation entre particules et antiparticules, moyennant les transformation de conjugaison de charge et de parité. Vous rencontrez les charges faibles et les bosons qui transmettent la force faible. A travers quelques réaction exemplaires, vous apprécierez les spécificités de la force faible et sa relation avec la force électromagnétique. Vous rencontrez les propriétés fascinantes des neutrinos. Et vous serez libéré d'un de vos préjugés, qui dit probablement que la masse des quarks et leptons est une de leurs propriétés intrinsèques.


13 videos, 12 practice quizzes expand

1. Video: 6.1 Particules et antiparticules
2. Practice Quiz: Particules et antiparticules
3. Video: 6.2 Les transformations C, P et T
4. Practice Quiz: Les transformation C, P et T
5. Video: 6.3 Charges et interactions faibles
6. Practice Quiz: Charges et interactions faibles
7. Video: 6.4 Désintégration du muon et du tau
8. Practice Quiz: Désintégration du muon et du tau
9. Video: 6.5 Le boson W
10. Practice Quiz: Le boson W
11. Video: 6.6 Le boson Z
12. Practice Quiz: Le boson Z
13. Video: 6.7 Diffusion de neutrinos
14. Practice Quiz: Diffusion de neutrinos
15. Video: 6.8 Désintégration faible des quarks
16. Practice Quiz: Désintégration faible des quarks
17. Video: 6.9 Oscillations particule-antiparticule et violation de CP
18. Practice Quiz: Oscillations particule-antiparticule et violation de CP
19. Video: 6.10 Oscillations de neutrinos
20. Practice Quiz: Oscillations de neutrinos
21. Video: 6.11 Le mécanisme de Higgs
22. Practice Quiz: Le mécanisme de Higgs
23. Video: 6.12 Le boson de Higgs
24. Practice Quiz: Le boson de Higgs
25. Video: 6.13 La découverte du Higgs

Graded: Quiz sommatif module 6

WEEK 7


Matière et énergie sombre



Dans ce dernier module vous rencontrez la matière sombre, qui ne se manifeste que par son action gravitationnel. Vous verrez comment l'énergie sombre accélère l'expansion de notre univers. Vous apprécierez les indices observationnels qui nous démontrent l'existence de ces phénomènes mystérieuses. Et on discutera avec une spécialiste du domaine la nouvelle physique qui pourrait se cacher derrière et qui reste à découvrir.


4 videos, 3 practice quizzes expand

1. Video: 7.1 Le Big Bang et ses conséquences
2. Practice Quiz: Le Big Bang et ses conséquences
3. Video: 7.2 Matière sombre
4. Practice Quiz: Matière sombre
5. Video: 7.3 Energie sombre
6. Practice Quiz: Energie sombre
7. Video: 7.4 Que se cache-t-il derrière la matière et l'énergie sombre ?

Graded: Quiz sommatif module 7