Conservation de la quantité de mouvement

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Temps, mouvement et évolution

Un accélérateur de particules permet de donner à un faisceau de protons une quantité de mouvement notée , identique pour toutes les particules. On considère un de ces protons qui vient interagir avec un autre proton (appartenant à la cible) supposé au repos dans le référentiel lié au laboratoire.

Un détecteur (une chambre à fil) permet de suivre les trajectoires des particules électriquement chargées avant et après la collision.

Il est important de remarquer que ce détecteur ne peut mettre en évidence les particules électriquement neutres.

La collision est très brève et on peut supposer qu’il y a conservation de la quantité de mouvement avant et après l’interaction.

La figure suivante fait le bilan des quantités de mouvement détectées par la chambre à fil au point d’interaction : , et .

1. Rappeler l’unité SI de la quantité de mouvement.

2. Faire le bilan de la quantité de mouvement avant l’interaction. Quelle est la quantité de mouvement du proton au repos ?

3. Faire le bilan de la quantité de mouvement après l’interaction, d’après les informations de la chambre à fil. Combien de particules sont détectées ?

4. Vérifier graphiquement que .

5. Justifier, d’après la question précédente, que la collision doit produire au moins une 3e particule, électriquement neutre.

6. En supposant qu’une seule particule neutre est produite après la collision, en plus des 2 particules électriquement chargées, établir par une méthode graphique la valeur de la quantité de mouvement de cette particule.

7. Si on suppose maintenant que 2 particules neutres sont produites, que peut-on dire de la somme de leurs quantités de mouvement ?

8. Selon vous, quel est l’intérêt de faire un bilan de quantité de mouvement à partir d’un enregistrement de chambre à fil ?