DM : Découverte des antineutrinos
Document 1 : Principe de conservation de l’énergie
On peut calculer la variation de masse au cours d’une réaction nucléaire. La perte de masse observée est convertie en énergie. Cette énergie est entièrement transmise aux les particules produites au cours de la réaction.
Document 2 : Désintégration α du 212Bi
Le 212Bi est un noyau émetteur α : il se désintègre selon la réaction : 212Bi208Tl24 où le thallium (Tl) peut être obtenu dans son état fondamental ou dans un état excité.
La perte de masse observée lors de la désintégration du bismuth 212 est : m 1,10241029kg L’expérience montre que :
- La particule α et le noyau de thallium issus de cette désintégration possèdent des énergies
cinétiques dont la somme est quantifiée : elle ne prend que des valeurs bien déterminées dont les mesures sont données dans le tableau ci-dessous.
Ecα + EcTl
Abondance relative
(%)
6,201 27,2
6,160 69,9
5,873 1,6
5,728 0,18
5,718 1,1
5,585 0,02
- La désintégration de type α est souvent suivie d’une émission de rayonnement γ. Les valeurs de l’énergie des photons γ émis sont quantifiées et correspondent aux transitions (flèches) représentées sur le diagramme ci- contre.
Niveaux d’énergie du noyau de Thallium
Document 3 : Désintégration du Sodium 24
Le sodium 24 est un émetteur β- : il se désintègre en magnésium 24 en émettant un électron.
L’énergie mise en jeu par la perte de masse observée lors de la désintégration du sodium 24 est de 5,51MeV.
L’expérience montre que :
- L’électron et le noyau de magnésium issus de cette désintégration possèdent des énergies cinétiques dont la somme n’est pas quantifiée, et peut prendre n’importe quelle valeur inférieure à 1,39MeV.
- Cette désintégration s’accompagne toujours de l’émission d’un seul photon γ correspondant à la transition
représentée ci-contre.
Niveaux d’énergie du noyau de 24Mg
0,041 0,328 0,473 0,483 0,616
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 E (MeV)
Niveau fondamental E=0
0 1,37 4,12
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 E (MeV)
Document 4 : Eclatement d’un solide
Lors de l’explosion d’un solide, l’énergie dégagée par l’explosion se répartie de façon aléatoire entre tous les morceaux du solide éclatés.
Données :
1 MeV = 1,6×10-13 J
Travail à réaliser :
Question n°1 :
Montrer que les résultats des mesures expérimentales réalisées lors de la désintégration du bismuth confirment le principe de conservation de l’énergie.
Question n°2 :
Expliquer pourquoi les résultats des mesures expérimentales réalisées lors de la désintégration du sodium 24 ont conduit Wolfgang Pauli en 1930 à formuler l’hypothèse de l’existence d’une particule de masse très faible, appelée antineutrino, dont l’existence a été confirmée expérimentalement en 1956 par Frederick Reines et Clyde Cowan.
Aide :
Question 1 :
a. Calculer l’énergie libérée Er par la désintégration du bismuth
b. Montrer que Er Ec EcTl Ephoton pour chacune des valeurs données, en convenablement la valeur de Ephoton.
Rappel : Ephoton = énergie libérée au cours de la désexcitation d’un niveau excité vers le niveau fondamental.
c. Traduire cette relation en termes de conservation de l’énergie : que devient l’énergie libérée par la désintégration ?
Rappel : l’énergie cinétique d’une particule est l’énergie qu’elle possède en raison de son mouvement (de sa vitesse)
Question 2 :
En utilisant la conservation de l’énergie, calculer la valeur que devrait prendre la somme des énergies cinétiques EceEcMg
Comparer la valeur trouvée à l’indication donnée. Interpréter.
