noyaux et particules modeles et symetries resume table des matieres

NOYAUX ET PARTICULES
MODELES ET SYMETRIES
LUC VALENTIN
RESUME
Ce livre s'adresse à ceux qui veulent savoir ou en sont aujourd'hui la physique nucléaire et la physique
des particules, et plus généralement à tous ceux qu'intéressent la notion de modèle et les principes de
symétrie. Il comporte deux parties complémentaires unifiées par des thèmes généraux.
La première partie illustre la notion de modèle par des exemples de physique nucléaire tous inspires
d'analogies avec d'autres systèmes: atomes, molécules, solides... On y trouvera quelques traits
généraux du problème à N corps. La seconde partie traite la question des symétries à l'aide de sujets
sélectionnes dans le domaine des particules. Les principes d'invariance et les lois de conservation sont
alors approfondies, qu'il s'agisse des principes géométriques lies à nos présupposes sur l'espacetemps, ou des variances de jauge à l'origine des essais d'unification. Le tout est accompagne de
nombreux exercices.
Noyaux et particules prolonge la lecture du Monde subatomique, mais les étudiants de maîtrise de
physique et des écoles d'ingénieurs. Pourraient l'aborder directement. Il forme, avec ce dernier volume,
une
nouvelle version, entièrement remise à jour, de Physique subatomique
TABLE DES MATIERES
Ce volume faisant suite au Monde subatomique on donne ici la table de celui-ci, et à la
Suite celle de ce nouvel ouvrage.
LE MONDE SUBATOMIQUE
PREMIERE PARTIE:
LE SENS DE LA PHYSIQUE SUBATOMIQUE
1
Chapitre 1
Sonder la matière
I.1
Découverte du noyau atomique
I.2
La notion de section efficace
I.3
La notion de rayon nucléaire
I.4
Conclusions
7
9
19
23
32
Annexe I
Amplitudes de diffusion
Exercices
34
41
Chapitre II
L'Interaction forte
II.1
Les noyaux stables
II.2
Le système à deux corps
Il.3
Un quantum d'interaction nucléon-nucléon
II.4
Notions qualitatives sur la diffusion des nucléons
II.5
Vers une théorie de l'interaction forte
Il.6
Conclusions
43
45
49
55
63
67
77
Annexe II
Notions sur les anti-particules
78
Exercices
87
Chapitre III
L'interaction faible
III.1
Quelques caractéristiques de la radioactivité
Ill.2
Quelques particularités de la radioactivité B
Ill.3
L'interaction faible et les noyaux
Ill.4
L'interaction faible et les particules
Ill.5
Les quanta de l'interaction électrofaible
Ill.6
Vers une théorie unitaire des interactions
Ill.7
Conclusions
91
93
101
104
109
115
119
126
Annexe III
Production des noyaux instables
Exercices
127
131
Chapitre IV
Le noyau atomique
IV. 1
Position du problème
IV.2
Le modèle de la goutte liquide
IV.3
Le modèle du gaz de Fermi
IVA
Les termes correctifs
IV.5
L'approche spectroscopique
IV.6
Modèles collectifs
IV.7
Conclusions
133
135
138
141
143
149
152
154
Annexe IV
L'émission alpha
Exercices
156
167
DEUXIEME PARTIE:
LES APPLICATIONS DE LA PHYSIQUE SUBATOMIQUE
I71
Chapitre V
L'instrumentation nucléaire
V.1
Les accélérateurs: production des faisceaux
V.2
Interaction des particules chargées avec la matière
V.3
Interaction des photons avec la matière
V.4
Les détecteurs de particules
V.5
CoÏncidences et mesures de temps
V.6
Conclusions
175
177
182
187
190
196
200
Annexe V
Présentation d'une mesure
Exercices
202
203
Chapitre VI
L'énergie nucléaire
VI.1
La fission
VI.2
Principes d'exploitation des centrales nucléaires
VI.3
Une source pratiquement intarissable: la fusion
VI.4
Conclusions
205
207
211
218
222
Annexe VI
Les armes nucléaires
Exercices
223
226
Chapitre VII
Le domaine périnucléaire
VII. 1 Les méthodes de datation
VII.2
L'emploi des marqueurs ou traceurs radioactifs
VII.3
L'analyse sur faisceaux
VIl.4
Conclusions
229
231
235
240
244
Annexe VII
Notions de radioprotection
Exercices
246
251
Chapitre VIII
L'astrophysique nucléaire
VIII. 1 Le modèle cosmologique du big bang
VIII.2
L'univers actuel: faits expérimentaux
VIII.3
Vie des étoiles et nucléosynthèse (traits généraux)
VIII.4
Nucléosynthèse et vie des étoiles (détails)
VIII.5
Les objets stellaires dits froids
VIII. 6 Conclusions
253
255
259
261
264
268
273
Annexe VIII
Le soleil
274
Exercices
276
APPENDICES
Appendice A
Appendice B
Appendice C
Appendice D
Système du centre de masse
Coefficients de transmission et de réflexion
Le potentiel de Yukawa
Modèle du gaz de Ferml
279
290
294
297
NOYAUX ET PARTICULES
TROISIEME PARTIE:
MODELES ET NOYAUX
Chapitre IX
3
Modèle en couches
IX.1
Démarche du modèle
IX.2
Etats du potentiel de Woods-Saxon
IX.3
Le potentiel spin-orbite
IXA
IX.5
IX.6
Exemple de la région du noyau
Cohérence interne du modèle
Conclusions
9
11
14
22
25
Pb
32
33
Annexe IX
Transfert de nucléons
Exercices
35
37
Chapitre X
Spectroscopie nucléaire
X.1
L'effet d'appariement
X.2
Modèles collectifs
X.3
Cas des noyaux impairs
X.4
L'effet "backbending"
X.5
Conclusions
41
43
48
55
62
64
Annexe X
La notion d'état cohérent
Exercices
66
71
Chapitre XI
Réactions nucléaires
XI.1
Modèle du noyau composé
XI.2
Modèle de l'interaction directe
XI.3
Modèle optique
XI.4
Conclusions
79
81
93
99
106
Annexe XI
Description des résonances
Exercices
107
114
Chapitre XII
Physique des Ions lourds
119
Chapitre XII
Physique des Ions lourds
XII.1
Trajectoire d'effleurement
XII.2
Diffusion élastique
XII.3
Moment angulaire relatif du système
XII.4
Désexcitation du noyau composé
XII.5
Réactions profondément inélastiques
XII.6
Vers la physique des hautes énergies?
XII.7
Conclusions
119
121
123
125
128
130
135
137
Annexe XII
Cas des Ions Identiques
Exercices
138
140
QUATRIEME PARTIE SYMETRIES ET PARTICULES
145
Chapitre XIII
Parité et P.C.T
XIII.1
La parité: symétrie et nombre quantique
XIII.2
Le cas particulier de l'interaction faible
XIII.3
Conjugaison de charge et invariance sous C.P
XIII.4
Renversement du temps et invariance sous C.P.T
XIII.5
Conclusions
151
153
158
162
165
Annexe XIII
L'hélicité du neutrino
Exercices
168
170
Chapitre XIV
Schéma de l'étrangeté
175
XIV. 1 Découverte des particules étranges
XIV.2 Le système K°-K°
XIV.3 Conclusions
177
183
190
Annexe XIV
Chambres à étincelles et à fils
Exercices
192
194
Chapitre XV
De l'isospin aux quarks
XV.1
L'isospin fort ou isospin
XV.2
Le modèle des quarks
XV.3
Conclusions
197
199
210
222
Annexe XV
A propos des groupes
Exercices
224
229
Chapitre XVI
Vers une théorie unitaire?
XVI.l
Qu'est-ce qu'une théorie de Jauge?
XVI.2 Le modèle standard
XVI.3 Au-delà du modèle standard
XVI.4 Conclusions
235
237
224
256
263
Annexe XVI
Naissance des supercordes
Exercices
264
269
APPENDICES
Appendice E
Appendice F
Appendice G
Appendice H
Appendice 1
Appendice J
Appendice K
Champ central
Moments stastiques
Interactions hyperfines
L'émission gamma
L'émission béta
Ondes partielles
L'Interaction nucléon-nucléon
277
280
302
312
331
342
357
Bibliographie
363
Index
371
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