EXPERIENCE DE RUTHERFORD.

D.Rapin  dec 2002 

L'expérience de Rutherford est à la base de la physique nucléaire. Elle a mis en évidence la structure de l'atome et démontré l'existence du noyau atomique chargé positivement .

L'expérience consiste à envoyer un faisceau de particules alpha sur une mince feuille d'or et à observer la distribution des angles de diffusion. Si la matière était un mélange homogène de charges positives et négatives, la distribution aurait une forme gaussienne avec une rapide décroissance aux grands angles de diffusion.  La  présence d'une décroissance moins rapide en  1/ sin4(theta/2) et d'une probabilité de diffusion en  Z2  et  1/E 2  calculable exactement à l'aide de la formule de Rutherford confirme la présence d'un noyau de charge  Z· e .

Il s'agit pour les étudiants de mesurer la section efficace différentielle  dsigma /domega  à  l'aide du dispositif esquissé ci-dessous:

   

La mesure se déroule dans le vide en utilisant comme projectiles les alphas de 5·48 MeV d'une source d' 241Am. La cible est une feuille d'or de 0·5 microns. Le détecteur au silicium de type surface barrier  est connecté à un analyseur multicanal. Sa réponse est proportionnelle à l'énergie de la particule.

On veillera à ne pas endommager la source et le détecteur lors des manipulations. La cible est fragile. Il ne faut pas toucher la surface du détecteur.

Pour cette expérience, on suggère de procéder comme suit:

  1. Mesures et calibrations préliminaires:
  2. Prise de données (mesures):
  3. Analyse des données:

Toutes initiatives (autres cibles, méthodes, ..etc) peuvent naturellement être envisagées si le temps le permet.


Bibliographie proposée:

W.R. Leo: Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments

R.C. Fernov: Introduction to Experimental Particle Physics

N'importe que livre de physique nucléaire.

NIST ASTAR Database Program, pour calculer dE/dX et le parcours des alphas dans divers matériaux: http://physics.nist.gov/PhysRefData/Star/Text/ASTAR.html