HAL Id: jpa-00234659
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Étude des trajectoires à faible diffusion multiple au
minimum d’ionisation, se trouvant dans les émulsions
nucléaires
Takashi Mikumo, Monique Maitrot
To cite this version:
BIBLIOGRAPHIE. [1] DE BROGLIE L. 2014 C. R. Acad. Sc., 1926, 183, 447; 1927), 184, 273; 1927, 185, 380; J. Physique Rad., 1927, 7, 235. [2] DE BROGLIE L. - C. R. Acad. Sc., 1951, 233, 641 et 1013; 1952, 234, 265.
[3] DESTOUCHES J.-L. 2014 Corpuscules et systèmes de
cor-puscules,
Gauthier-Villars,
Paris, 1941; Principes fon-damentaux de Physique théorique, Hermann, Paris, 1942, t. II.DESTOUCHES-FÉVRIER P. - La structure des théories
physiques, Presses universitaires, Paris, 1951.
[4] DESTOUCHES-FÉVRIER P. - C. R. Acad. Sc., 1946, 222, 866. [5] DESTOUCHES-FÉVRIER P. - C. R. Acad. Sc., 1950, 230, 1742. [6] VISCONTI A. - C. R. Acad. Sc., 1950, 230, 1744. [7] DESTOUCHES-FÉVRIER P. - C. R. Acad. Sc., 1951, 233, 604. [8] GUY R. - C. R. Acad. Sc., 1951, 233, 288; 1952, 234, 918. [9] DESTOUCHES-FÉVRIER P. - La structure des théories
physiques, Presses universitaires, Paris, p. 288-292.
ÉTUDE
DES TRAJECTOIRES A FAIBLE DIFFUSION MULTIPLE AU MINIMUMD’IONISATION,
SE TROUVANT DANS LESÉMULSIONS
NUCLÉAIRES
Par TAKASHI MIKUMO et Mlle MONIQUE MAITROT. Institut de Physique atomique (Lyon).
Sommaire. -
Après une revue bibliographique rapide des différentes méthodes susceptibles de permettre l’identification des traces tendues au minimum d’ionisation, on a étudié le spectre d’énergie des traces cosmiques au niveau de la mer trouvées dans les plaques G5 de 200 03BC. d’épaisseur déve-loppées 10 à 20 jours après leur fabrication. Ce spectre d’énergie est différent dans les plaques à « grande densité de traces » et dans les plaques « à faible densité de traces ». Dans le premier cas, on a proba-blement une majorité d’électrons provenant de gerbes cascades, dans le deuxième une majorité de mésons; dans le but d’identifier individuellement chaque trace d’électron, on a essayé de mettre en évidence une différence d’énergie entre les deux extrémités des traces.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. TOME 1 H, DÉCEMBRE 19~2, PAGE 609.
Introduction. -
Ayant
l’intentiond’appliquer
latechnique
desplaques
nucléaires à l’étude de ladésintégration
des radioéléments~,
nous avons toutd’abord examiné des
plaques
nucléaires IlfordG.,
exposées
ou non dans lespectrographe magnétique,
au
point
de vue de leur distorsionéventuelle,
dunombre de traces «
parasites
» que l’onpeut
releverdans ces
plaques
et de la mise aupoint
deprocédés
de mesure
angulaire.
Nous avons été amenés à étudier
ainsi,
enparti-culier,
les tracescosmiques
de hauteénergie.
Dans l’émulsion IlfordGg
sensible auxélectrons,
lesparticules
chargées
degrande énergie
ont des traces dont lescaractéristiques
sont les suivantes(cliché i) :
1 °
Quasi
rectilignes :
leurlongueur
atteintparfois
quelques
centimètres dans une émulsion de 200 03BCd’épaisseur ;
ellesprésentent,
engénéral,
peu dediffu-sion
multiple;
elles ne se terminentjamais
dansl’ émulsion ;
2° Peu de
pouvoir
ionisant : ces traces sont presqueau minimum
d’ionisation;
Absence de
phénomènes
secondaires;
Pas de
changement
de densité degrains
extrémité à l’autre de la trace.Des
trajectoires
de mêmescaractéristiques
ont étéremarquées,
mais nonétudiées,
spécialement
parcertains auteurs
qui
ont attribué ces traces à des mésons ou des électrons degrande
énergie.
Cliché 1.
d
Cliché I.
Des
caractéristiques précédentes,
onpeut
déduire que cesparticules
ont une seulecharge
et ungrand
pouvoir
depénétration,
elles neperdent
que peud’énergie
au cours de leur passage dans l’émulsion.Nous avons tout d’abord fait la
statistique
du nombre de ces traces parchamp (de
diamètre 100;J),
puis
nous avonsessayé
de les identifier.Identification des
particules.
- Pour connaîtrela masse et
l’énergie
d’uneparticule
ayant
traverséune émulsion
photographique,
onpeut
utiliser lesméthodes suivantes
(Occhialini,
etc.) :
I° Parcours résiduel dansune
émulsion;
2° Densité de
grains
(nombre
degrains
par unité delongueur);
3°
Angle
de diffusion pour unelongueur
variable de « cellule »;4°
Nombre derayons 6
émis par unité delongueur;
5° Déviation de la
particule
dans unchamp
magné-tique,
soit dans l’émulsionelle-même,
soit dans le milieu gazeuxséparant
deux émulsions.Chaque
méthode fournit la valeur del’énergie
oude la vitesse de la
particule;
la combinaison de deux. méthodes
quelconques
donnant la masse.Pour identifier des
particules
dont lescaracté-ristiques
sont cellesqui
ont été définiesplus
haut,
les seules méthodes utilisées en
pratique
par les différents auteurs sont les méthodes 2~ et 3°.Densité de
grains.
-Quand
uneparticule
chargée
traverse une émulsionphotographique,
elle ionise desgrains
d’argent
lelong
de satrajectoire
et
perd
ainsi une fraction de sonénergie cinétique.
Soit une
particule
de vitesses v, dN le nombre degrains
ionisés dans l’intervalle dx. Ensupposant
que la densité degrains
soituniquement
unefonc-tion de la vitesse de la
particule
et de sacharge,
mais non de sa masse, on obtient
(ci.
f ormule de Bloch sur laperte d’énergie
parcollisions) :
où Ze est la
charge
de laparticule.
La formule
(1)
est basée surl’hypothèse
que la densité degrains
estproportionnelle
àl’ionisation,
celle-ci étant la seule cause de laperte
totaled’ énergie
due à l’interaction de laparticule
ionisante avecl’émulsion.
Cependant,
les résultatsd’expériences
récentes montrent que, dans larégion
relativiste,
la densité de
grains
nechange
plus
dans la limite des erreursexpérimentales,
bien que la théorieindique
uneaugmentation
considérable de laperte
d’énergie (Occhialini 1950;
Fowler1950,
Camériniet
al.,
i 95o),
D’abord,
il n’est pas certain que la densité degrains
soitproportionnelle
à l’ionisation(Ross
et Jazac,Surtout,
laparticule
peut
perdre
sonénergie
parun autre mécanisme que la
simple
ionisation(ou
autres causes de transfert directd’énergie
parcolli-sion) :
laparticule
déviée par lechamp
des atomes est accélérée et émet une radiation continue derayons X
(Bren1strahlung).
Laperte
totaled’énergie
est alorsOr,
( 2013 2013 )
est donné par la formule de Bethe-dxBloch basée sur le modèle d’atome de Thomas-Fermi
en
négligeant
l’effet depolarisation :
ois
N,
nombre d’atomes par gramme;Z,
nombreatomique
de la matièretraversée;
z,
charge
de laparticule;
IZ,
énergie
moyenne d’ionisation des atomes de la matière 1 =~3,~ eV;
W max,
énergie
maximum transférable par collision de laparticule
à un électron libre.Si
l’énergie perdue
par radiation est faible parrapport
àl’énergie perdue
parcollision,
onpeut
tirer,
enpremière
approximation,
-y-
[éq.
(1)]
àpartir
de(3).
Dans larégion
des faiblesénergies,
les
pertes
diminuentrapidement quand l’énergie
augmente,
pour atteindre une valeur minimum pour uneénergie
de l’ordre de 2m c2. Ellesaugmentent
ensuitelégèrement
avecl’énergie.
La
perte
d’énergie
par radiation est donnée paroù N = nombre
d’atomes par centimètre
cube,
section efficace d’ émission d’un
quantum
Wdans *
Cas extrême relatïviste :
où
Elle est
proportionnelle
àl’énergie
initiale de laparticule,
à Z2 et à Pour lesparticules plus
in
lourdes que
l’électron,
pour les mésons et, àplus
forte raison pour lesprotons, ( - dE
dx
estles électrons de
grande énergie,
c’est l’inversequi
seproduit,
surtout si la matière traversée a un nombreatomique
grand.
Mais
l’énergie
perdue
par radiation ne rend pasles
grains développables :
d’autrepart,
la différenced’énergie
entre les deux extrémités d’une trace n’est pas suffisante pour que la densité degrains
varie d’une manièreappréciable,
cequi
aurait pupermettre
d’identifier les électrons degrande énergie.
Comme nous l’avons vu,
l’ équation (3)
a étéobtenue en
négligeant
l’effet depolarisation
du milieu traversé. Cetteéquation
n’est’ valable que pour uneénergie
inférieure à celle du minimumd’ionisation. Fermi
(Ig3g-Ig4a), Halpern
et Hall ont améliorél’équation
de Bethe-Blochà
partir
de la théorieclassique;
Bohr(igfi8)
etSchonberg
àpartir
de la théoriequan-tique.
Ces derniers auteurs ont montré
que
la radiation de Cerenkov(radiation électromagnétique
émise parune
particule
chargée
et non accélérée traversant un milieumatériel)
était seuleresponsable
del’aug-mentation des
pertes
d’énergie
par collisions à une distancesupérieure
au rayon desatomes,
soit 0-8 cm dans larégion
relativiste[ci.
calculsapproximatifs
de Janssens etHuybrechts (1951)
pour descristaux
de bromure
d’argent
etplusieurs
valeurs del’énergie
de laparticule incidente].
Sans entrer dans les
détails,
il fautajouter
que la radiation de Cerenkov est très peu absorbée par lesgrains
situésprès
de latrajectoire
de laparticule
et,
en’pratique,
ne contribue pas à la formation degrains
développables.
Il y a donc un accroissementdes
pertes
d’énergie
sans un accroissementparallèle
de la densité degrains
et c’est bien ce que l’onobserve dans la
région
relativiste.GoIdschmidt-CIermont a donné des courbes
théo-riques
reliant l’ionisation etl’angle
moyen de diffu-sion par cellule de 100 03BC pour lesélectrons,
les mésons 7:et p
et lesprotons.
Dans larégion
desénergies
supérieures
à 3ooMeV,
on voit quel’ioni-sation serait
légèrement
inférieure pour lesprotons
et mésons que pour les électrons et certains auteurs ont
essayé,
par ce moyen, dedistinguer
ces deuxsortes de
particules.
Nous n’avons pu utiliser ici cette
méthode,
qui
est valable pour des tracescontemporaines
situéesdans une même
région
d’uneplaque.
Ilpeut
y avoir ici un effet defading
considérable.Cependant,
sil’énergie perdue
par radiation entre les deux extré-mités d’une même trace est insuffisante pour faireapparaître
une différence de densité degrains,
lesméthodes d’identification basées sur la mesure de
la diffusion
risquent
d’être,
par contre,beaucoup
plus
efficaces,Diffusion
multiple.
- La mesure del’énergie
à
partir
del’angle
de diffusionmultiple
est laplus
précise
de toutes les méthodes de mesure. Il y aune abondante
bibliographie
sur la théorie etl’appli-cation de cette méthode
qui
est laplus
courammentemployée
pour les électrons et lesparticules près
du minimum d’ionisation.Lorsqu’une particule chargée
traverse un milieumatériel,
elle subit ungrand
nombre depetites
déviations par collisions
élastiques
avec les atomescomposant
le milieu et il en résulte une certainedéviation totale.
Williams a calculé la
probabilité
dela déviation subie par une
particule
chargée [charge ze,
vitesse c,
énergie cinétique
E,
traversant uneépais-seur t d’un milieu matériel
(numéro atomique
Z,
contenant
atomes /cm3)]
dans deux cas extrêmes :h,
constante de Planck(cas classique)
et y«I 1(approximation
deBorn).
Son calcul
comprend
deuxparties :
1 °probabilité
de déviation
produite
parchaque
collision enadmet-tant le modèle d’atome de
Thomas-Fermi;
20 calculstatistique
de la déviation totale(en
supposant
ladiffusion nucléaire
petite
parrapport
à la diffusioncoulombienne).
Quand
0 estpetit,
la distributiondes
angles
estapproximativement gaussienne
et si 0 estgrand,
la formule donnant la diffusion serap-proche
de celle de Rutherford.Williams a obtenu une formule donnant la
dévia-tion résultante 0 à
partir
de la fonction de distri-bution del’angle
de déviationoù
On
voit,
d’après
cetteformule,
que la déviation résultante estp,
quantité
de mouvement de laparticule;
p~c
=E,
dans le cas extrême relativiste.Williams a établi sa théorie à
partir d’expériences
faites avec chambres de Wilson. Bose et
Chow-dhury ( gC41)
ont montré lapossibilité d’appliquer
la même théorie aux émulsionsphotographiques
et ontainsi pu faire une estimation de
l’énergie
des par-ticulescosmiques chargées
etrapides.
Ces travaux sont à la hase de la méthodefréquemment appliquée
aujourd’hui.
La théorie de Williams a été améliorée par
plu-sieurs auteurs : Goudsmit et Saunderson
(i 94o),
Rossi et Greisen Molière
(1 94;-1 9~8),
Snyder
et Scott Molière a obtenu une formulevalable non seulement dans les cas
extrêmes,
maisaussi dans la
région
intermédiaire avec uneD’après
toutes cesthéories,
onpeut
poseroù K est
désignée
sous le nom de constante dediffu-sion ;
K n’est pas strictement constante, mais varie avec lacomposition
du milieutraversé,
l’énergie
de laparticule
incidente et lalongueur
de « cellule »utilisée. Corson
(IgJI),
Bosley.
et Muirhead ont donné des courbes de variation de K en fonction de E et del’épaisseur
traversée t. Pour uneénergie
supérieure
àIomec2,
K atteint unplateau
etdevient,
pour 1
donnée,
presqueindépendant
de E.Des différentes méthodes de mesure de
l’angle
de diffusion. - Différentes méthodespermettent
d’obtenir une valeur
expérimentale
del’angle
dediffusion.
io Méthode
tangentielle.
- On mesure lesangles
entre
tangentes
successives menées à la trace en despoints
régulièrement
espacés
d’unelongueur
de cellule variant avecl’énergie
de laparticule
et lalongueur
totale de trace dont ondispose.
Cette méthode a été
employée
parGoldschmidt-Clermont
(I g5o)
et Levi-Setti(ig5i).
Elle
présente
un netdésavantage
parrapport
auxméthodes suivantes : il
est,
eneff ets
presqueimpos-sible de mener une
tangente
à unetrajectoire
formée depoints
discontinus et de se faire une idéeprécise
de l’erreurcommise,
erreur assezsubjective
etpouvant
varier d’unexpérimentateur
à l’autre.2° Masure des
angles
successi f s
entre cordes.-Il
s’agit
ici,
nonplus d’ajuster
le fil du réticulesur une
portion
entière d’unetrace,
en réalisant cebut de la meilleure manière
possible,
mais de faire passer le fil par le centre de deuxgrains
situés auxdeux extrémités de la
cellule,
cequi
est bien moinssubj ectif.
Si
6tg
estl’angle
moyen entretangentes
succes-sives et
l’angle
entrecordes,
on aOn
peut
augmenter
laprécision statistique
de ces mesures(bien
que dans une assez faibleproportion)
en utilisantplusieurs
longueurs
de cellules ou bienpar des méthodes de « chevauchements ».
30 1B-1 éthode des coordonnées de Fowler
(Fowler,
- Cette méthode est
plus précise
que lesprécédentes,
bienqu’elle
soit tout à faitanalogue
en théorie à la mesure des
angles
successifs entrecordes. Elle
exige,
par contre, que l’on rende tout d’abord la traceparallèle
à la direction cinmou-vement de la
platine :
on pourra, à ce moment, mesurer au moyen d’unobjectif micrométrique
et avec uneprécision
pouvant
dépasser
le dixième demicron,
les abscisses despoints
séparés,
comme dans les méthodesprécédentes,
par deslongueurs
de cellules variables. On forme les différences secondes entre cesabscisses,
puis
à l’aide de différentes méthodesstatistiques,
on en déduitOse
(ci.
d’Es-pagnat, I9J~2 ~ Menon-Rochat,
ig5i).
On pose, par
exemple,
ce
qui
revient à calculer lesangles
Oi
entre cordessi s est la
longueur
de cellule utilisée(d’Espagnat,
Comme dans les méthodes
précédentes,
onpeut
utiliser
plusieurs
longueurs
decellules,
ou descellules se chevauchant : il est
généralement
préfé-rable,
si lalongueur
de la trace n’est pas suffisante pour fournir une valeur del’énergie
assezapprochée,
d’utiliser la .méthode des centres degravité
deMolière
(d’après
d’Espagnat).
On mesure pour cela l’abscisse de tous les
grains
de latrace,
ou tout au moins d’ungrand
nombre d’entre eux. Onprend
alors une abscisse moyennepour le centre de
gravité
de la cellule(milieu
decelle-ci)
en effectuant la moyennearithmétique
desabscisses des différents
points.
Ces différentes
méthodes
sontlongues,
mais trèsprécises,
la limite del’énergie
mesurablerisquant
d’être due aux déformationsdiverses,
tant de lagéla-tine que des
déplacements
de laplatine.
Cetteénergie
limite est de l’ordre deplusieurs
milliers de MeV.La méthode des coordonnées sous ses diverses
formes est donc
plus
précise
que lesprécédentes;
cependant,
elle est peu commode dans le cas destraces tendues isolées au minimum d’ionisation pour
la raison suivante : il
est,
eneffet,
nécessaire detourner les
plaques
à la main sur laplatine
du micro-scope, de manière à amener les traces à êtreparal-lèles au
déplacement
de laplatine :
ceci est aisé s’ils’agit
d’unphénomène qui
« tranche » sur l’ensembledes traces de la
plaque,
parexemple
une étoilecosmique,
ou ladésintégration
d’un méson T oumême une trace fortement ionisée.
Mais,
quand
ils’agit
d’une trace tendue isolée au minimumd’ioni-sation,
il fautdéjà
un certain entraînement pourl’apercevoir
avec unobjectif
de fortgrossissement
parcequ’elle
se trouveparmi
un ensemble de traces d’électrons mous et un certain fond degrains
déve-loppés.
Enfait,
on a degrandes
chances de nepouvoir
la retrouveraprès
avoir fait tourner laplaque
del’angle
désiré.C’est
pourquoi
nous utilisonsprésentement
unesurplatine
tournante,qui
doit nouspermettre
d’amé-liorer considérablement les résultats
(cliché 9,).
Celle-ci est basée sur leprincipe
suivant :Soit la
surplatine P,
circulaire,
pouvant
tourner d’unangle
repérable
autour de son centre 0(on
peut,
parexemple,
l’astreindre à tourner à l’intérieur d’uneUn évide la
platine
P2
et laplaque
nucléaire estplacée
dans unsupport
qui
peut
sedéplacer
parrapport
à deux axes de coordonnéesrectangulaires
solidaires de
On pose cette
surplatine
tournante sur lapla-tine
Pl
dumicroscope :
on fixe C de telle sorte que pour uneposition
donnée
deP1,
l’axeoptique
dumicroscope
passe bien par le centre 0 deP2.
On centred’abord
grossièrement P2
en utilisant unobjectif
de faible
grossissement
et en faisant tourner celle-ci :un
point
de laplaque photographique
situé aucentre du
champ
de l’oculaire doit tourner surlui-même. On
augmente
ensuite laprécision
de ceréglage
avec desobjectifs
deplus
enplus
grossissants.
Quand
laplatine
est biencentrée,
onpeut,
au moyende deux
déplacements
micrométriques
perpendicu-laires,
chercher etrepérer
les traces intéressantes.On fait alors tourner la
platine
P2
de telle sorte quela trace devienne
parallèle
audéplacement
de laplatine
dumicroscope.
A ce moment, onpeut
appli-quer sans difficulté la méthode de Fowler ou les
méthodes
qui
en sontdérivées,
en mesurant, aumoyen d’un
objectif micrométrique (M),
les abscisses successives desgrains
de la trace et l’on obtient la valeur des flèches successives en formant les diffé-rences secondes.Erreurs commises sur les résultats. - Les
résultats
ci-après
ont été obtenusprincipalement
enutilisant les deux
premières
méthodes.En
appliquant
la méthodetangentielle,
l’erreur demesure totale est,
d’après
Goldschmidt-Clermontésale à
£1 étant l’erreur d’observation commise en
ajustant
.l’image
du réticule sur la trace : cette erreurdépend
du nombre et de la dimension desgrains
et de l’habileté del’expérimentateur;
elle diminue si lalongueur
de cellule s’accroît etégalement
enrépé-tant les mesures
(on
peut
remarquer que ladistri-bution
de si
estgaussienne,
contrairement à la fausse diffusiondrovoquée
par ladistorsion).
S, est l’erreur due à la distribution non
symétrique
des
grains
lelong
de latrajectoire
vraie de lapa.r-ticule ;
la valeur moyennede E2
estproportionnelle
r étant la distance moyenne des
grains
développés
à la
trajectoire
vraie,
d la densité desgrains
et s lalongueur
de cellule. Pour des cellules de 100 à 200 ~u,est
égal
à une fraction de minuteet,
enpratique,
négligeable.
ê3 est
due
à desimperfections
dans le mouvement de laplatine
du
microscope,
mais cette troisièmecause d’erreur est
plus
petite
que lesprécédentes
et n’intervient que pour les traces deplus grande
énergie.
Pour obtenir la valeur de la fausse diffusion
totale,
onpeut
mesurer la déviationapparente
des traces deplus
grande
énergie :
nous n’avons pu la réduire à moins de 5’ d’arc par cellule de i oo ~..Erreur
géométrique.
- Elle résulte del’adou-cissement de la
diffusion,
adoucissementprovoqué
par
l’approximation
deportions
successives detra-jectoires
à deslignes
droites. On commet une erreur en moins que G ol dschmi dt- Clermont évalue àquelques
pour-cent.
Erreur locale. - La distribution des
angles
de diffusion n’est pasgaussienne :
elle ressemble seule-ment à une distributiongaussienne
àlaquelle
on auraitajouté
une queue, lafréquence
desgrands ,
angles
de diffusion étantplus
élevée que ne levoudrait une distribution
gaussienne.
C’estpourquoi
on laisse de côté tous les
angles supérieurs
àquatre
fois la valeurarithmétique
moyenne del’angle
dediffusion : c’est la
règle
du « cut-off ».D’autre
part,
onremplace
dans la formule de1
Molière la racine des carrés moyens par
2
fois la valeur de la moyennearithmétique.
0,54 Dans ces
conditions,
l’erreurstatistique
est ""T-où N est le nombre de cellules utilisées.D’après
Goldschmidt-Clermont,
l’erreur totale est alors(erreur
surl’adoucissement)
0 étant l’erreur totale de mesure et la valeur
Ayant
ainsi ohtenu la valeur de 0 pour une lon- 1 gueur de cellule déterminée 1, on aura ;le
facteur £
provenant
del’application
de la0,91
règle
du « cut-off », et2013-
provenant
de l’adou-0,9) cissement.0,96
On devra choisir une
longueur
de cellule telleque E soit
petit
parrapport
à6exp,
égal,
parexemple,
au
1
Il faudra trouver uncompromis
et, dans 4chaque
cas, chercher lalongueur
de celluleoptimum
qui
rende minimum l’erreur totale.En
appliquant la
méthodeangulaire
sur les cordes, les erreurs commises sont les suivantes :io Erreur commise en
ajustant
le fil du réticulesur deux
grains
situés aux extrémités de la cellule :pour des traces d’une
énergie
donnée,
cette erreurest inversement
proportionnelle
à lalongueur
de la cellule. C’est l’erreur laplus importante.
20 Erreur due au mouvement de la
platine (erreur
faible,
engénéral).
3~ Erreur due à la distribution des
grains :
c’est aussi une des erreurs lesplus importantes;
onpeut
la réduire en considérant le centre de
gravité
deplusieurs
grains,
mais alors on retombe surl’incon-vénient de la méthode
tangentielle,
car l’erreur du 10ne
peut plus
se chiffrer d’une manièreprécise.
L’erreur
statistique s’ajoute
naturellement,
comme dans le casprécédent,
à ces diverses sortes d’erreurs.On a un résultat meilleur que
précédemment
avec une limite d’erreurplus
sûre,
surtout pour les tracesassez peu
énergiques
~30’).
Cette méthode estplus rapide
que la méthodetangentielle.
L’erreur commise en
pratique
sur une tracede 5 mm de
longueur
dont6exp
est de l’ordrede 40’
est de o pour i oo environ et sur une trace de mêmelongueur
dontl’angle
de diffusion pour i oou est de l’ordre de8’,
elle est de 3oà Qo
pour 100environ.
Résultat des
expériences.
- Lesfigures
ireprésentent
la distribution enénergie
despar-ticules étudiées
(ou plutôt
de la valeur du pro-duit Lafigure
représente
cette distributionpour deux
plaques
nucléaires renfermant ungrand
nombre de traces
(deux
traces parchamp
de ioo p
dediamètre),
lafigure
i breprésente
la même distri-bution pour deuxplaques
de faible densité de traces(0,02
trace parchamp).
Lesfigures
I ne contiennentpas toutes les
trajectoires
étudiées;
certaines ont,en effet, une diffusion non mesurable avec la méthode
employée.
D’autrepart,
la courbe derépartition
a été faite pour l’ensemble despar-ticules,
quelle
que soit leur nature,qui
ont impres-sionné l’émulsion. La densité degrains
de toutesces
trajectoires
estcomprise
entre 30et 45
grains
par
(c f .
clichéi).
Ces
particules
se trouvent dans larégion
où les courbes de Goldschmidt-Clermont et de Fowler(1
95o)
représentant
la variation del’angle
moyen de diffu-sion en fonction de l’ionisation pour les électrons et les mésons 7ret i-t
secroisent,
on nepeut
donc lesidentifier
d’après
leurangle
de diffusion et leur densité degrains.
Distorsion. -
Bien que l’on ait
pris
toutes lesprécautions requises
par les différents auteurs pourun
développement
correct desplaques,
on constatequ’une
certaineproportion
detrajectoires
pré-sentent un certain
degré
de distorsion : cettepro-portion
varie suivant lesplaques,
sans quel’on
soitjamais
assuréqu’elle
est entièrementnégligeable.
Contrairement à
l’opinion
de nombreux auteurs,cette distorsion
peut
êtreimportante,
même dans desrégions
situées au milieu de laplaque
(Gold-schmidt-Clermont,
g5o).
ha distorsion
peut
êtregénérale,
toutes les traces d’une mêmeplaque
en étant affectées et d’unemanière
comparable.
Mais,
leplus
souvent,
ils’agit
de distorsion locale : onpeut
trouver, dans unemême
plaque,
des traces de i à 2 cm delongueur
traces
présentant
dessignes
non douteux (le distor-sion.Parfois,
il est facile de mettre en évidence cephénomène,
les tracesayant
alors unaspect
tout à faitcaractéristique :
courburerégulière
enC,
rayonde courbure bien constant
(ou quelquefois
courbureen
S).
Souvent,
la distorsion estbeaucoup
moinsrégu-lière et
apparente;
nous avons utiliséquelques
cri-tères très
simples
pour la mettre en évidence.Une valeur très différente de
l’énergie
déduite de la diffusionmultiple
entre les deux extrémités ouentre des sections suffisamment
longues
d’une tracepeut
constituer un indice de distorsion. Plusgéné-ralement,
les différentsangles
Oi
entretangentes
(ou
les différentes valeurs desflèches)
doivent seranger,
après application
de larègle
du « eut-off »,sur une courbe
gaussienne,
tandis que lesangles
successifs mesurés sur une trace affectée de distorsionsont
quelconques :
cependant,
onpeut
êtregêné,
pour
appliquer
cetterègle,
par latrop
faible lon-gueur de trace observée(on
ne pourra savoir s’ils’agit
d’erreurstatistique
ou dedistorsion).
L’élimination de la distorsion est
possible
dans certains cas; s’ils’agit
d’une distorsiongénérale
etrégulière,
ou du moins lentement variable dans unerégion
assez étendue d’uneplaque
et que celle-ciprésente
une densité suffisante detraces,
on
peut
appliquer
la méthode deCosyns
etVander-haegue
Si la distorsion est locale et
régulière,
certaines méthodespermettent
de l’éliminer : laplus
simple
consiste évidemment à calculerl’angle
de courbure par cellule àpartir
de la déviation totale et à lesoustraire de
l’angle
de diffusionapparente.
Lesméthodes de calcul
statistique
de q données pard’Espagnat
(1952)
sontplus rapides
etprécises.
Ellessupposent
seulement des déformations lentes et connues.Dans tous les autres cas, on devra laisser de côté les
trajectoires
ouportions
detrajectoires
suspectes.
Cependant, malgré
lesprécautions
que nous avonsprises,
il estpossible
que l’erreur due à la distorsion diminue dans nos résultats la valeur del’énergie
(surtout
dans le cas desparticules
degrande énergie).
Discussion
(c f .
Heitler,
1944; Janossy, I g5o).
-Les
plaques
G5
utilisées ont étédéveloppées
o à 20jours après
leur fabrication : on achoisi,
danscelles-ci,
les traces delongueur
supérieure
à800 LL.
Sur l’ensemble de ces traces, on a fait les remarques suivantes :i° Le nombre de
trajectoires
parchamp
variebeaucoup
suivant laplaque
examinée(10-2
à troistrajectoires
tendues parchamp
de diamètreioo p).
2° Dans les
plaques
où se trouve ungrand
nombre detrajectoires
tendues,
il y a souvent une directionprivilégiée qui
ne varie pas d’un bout à l’autre dela
plaque
et des zones deplus grande
densité detraces.
3~ Les courbes de distribution
d’énergie
sont tout à fait différentes dans lesplaques
degrande
densité de traces et dans celles de faible densité i aet i
~~.
La
présence
d’une directionprivilégiée,
ainsi que celle de zones deplus
grande
densité de traces, faitsupposer
qu’il
peut
s’agir
degerbes
d’électrons(ou
de
mésons)
dans lesplaques
degrande
concentration. D’autrepart,
onpeut
évaluergrossièrement
le nombre departicules
de lacomposante
durecosmique
au niveau de la mer : ce nombre est de l’ordre de o,2 parchamp
de diamètre 2ojours après
lafabrication
(composante
molle o, i parchamp).
Dans cette estimationgrossière (c f .
Rossi,
1948),
onnéglige
l’effet de
fading qui
estpeut-être
considérable.D’autre
part,
cesplaques
ont ététransportées
deLondres à Paris par avion : le nombre de traces
tendues - et aussi celui des
gerbes
-peut
être accrû sensiblement.Il est à remarquer que la courbe de distribution
de
l’énergie
(ou
duproduit
de lafigure
i a ressemblebeaucoup
à celles des électrons émis pardésintégration
desmésons ii. [ ~. -~ e
+ 2 v(v,
neu-trino)] publiées
parLeighton
et al. Davis et al.Lagarrigue
etPeyrou (igsi)
etLevi-Setti et Tomasini
2).
Cette ressemblance est-elle le fait du hasard ?Ou,
aucontraire,
lamajo-rité des
particules
étudiées ne seraient-elles pas des . électronsprovenant
de ladésintégration
demésons,
comme ceux étudiés par ces auteurs ?Cependant,
on
n’aperçoit jamais,
dansl’émulsion,
lephénomène
dedésintégration
des mésons F.Si,
d’autrepart,
les électronsprovenaient
directement de cettedésin-tégration,
ons’expliquerait
mal les différences deconcentration des
trajectoires,
leur directionprivi-légiée,
etc.De
même,
on nepeut
pasexpliquer
cestrajectoires
ensupposant
que l’on est enprésence
degerbes
616
cascade,
legrand
nombre detrajectoires
observéeset leur
spectre
d’énergie
estinexplicable
avechypothèse.
Il
s’agit plutôt
degerbes
cascades d’électronsproduites
par desprimaires
d’assezgrande énergie.
Par contre, lafigure
1 breprésente
lespectre
desparticules qui
se trouvent dans lesplaques
où il y apeu de traces : ce
spectre
ressemble à celui des mésons au niveau de la mer de J. C. Wilson(1946)
(fig. 3).
A ceniveau,
laplupart
des mésons sont des mésons ~.. Si l’on admet que l’ eff et defading
peut
être assezconsidérable,
onpeut
expliquer
le nombrede ces
trajectoires
parl’hypothèse
des mésons. Parmi cestrajectoires
et,
enparticulier, parmi
celles dontl’énergie
est sigrande
que l’on nepeut
mesurerleur
angle
dediffusion,
il y aprobablement
unefaible
proportion
deprotons.
Ne
pourrait-on
identifierchaque
trace d’électron individuellement ?Puisqu’il s’agit
probablement
degerbes-cascades
- et cequi
semblerait encorel’indiquer,
c’est que lesplaques
conservées dans unemême boîte ont des
caractéristiques
tout à faitcomparables
-, nousrappellerons
rapidement
lesprincipales
conclusions de cette théorie.Un électron de
grande énergie,
en traversant unmilieu formé d’éléments lourds
perd
unegrande
partie
de sonénergie
par radiation. Lesphotons
émis
créent,
à leur tour, despaires
d’électrons et ceprocessus se
répétant,
on assiste à la formation degerbes-cascades.
Unphoton peut
également
être àl’origine
de cesgerbes.
Les nombres departicules
et de
photons
créés varient avecl’énergie
incidentede l’électron ou du
photon, l’épaisseur
et le nombreatomique
du milieu etpeut atteindre,
dans le casdes « burst » ou « Stôsse »
d’Hofmann,
i o3particules
dans un cône de faible ouverture. Lechangement
de direction des électrons au moment oû ils émettentun
photon
estnégligeable
parrapport
à leur diffu-sionmultiple
et l’ouverture desgerbes
est trèspetite,
sauf dans le cas desgerbes
extensives de l’air(eff et d’Auger).
Supposons
que desgerbes
aientimpressionné
lesplaques
pendant
leurtransport
oupendant
leurconservation au laboratoire : pour identifier les
électrons
qui
peuvent
les con1poser, il y a deuxmoyens :
} 0 Trouver lu
point
de création d’unepaire;
’2° Trouver une cfifférenced’énergie significative
entre les deux extrémités des traces.
Les courbes de Rossi et Greisen donnent
approximativement
laprobabilité
de formation d’unepaire
d’électrons. Pour unphoton
de4o
MeVtraversant i mm
d’émulsion,
cetteprobabilité
est de l’ordre de 10-2. Parconséquent,
on a très peu de chances de trouver lepoint
de création d’unepaire
dans l’émulsion(la
longueur
moyenne des tracesétant,
comme nous allons levoir,
de imm).
Cependant,
on trouve souvent despaires
detrajec-toires tout à fait
parallèles
et distantes de 5 à 3o V. Il est fortprobable
que cestrajectoires
fontpartie
de la même
paire
d’électronsExaminons maintenant
quelle
est la différenced’énergie
entre les deux extrémités d’une trace. On définit lalongueur
de radiation t et l’unité de cascade 1 comme suit : un électronperd,
en moyenne,i -- e-l =
o,632
de sonénergie
initiale en traversantune
épaisseur t
et la moitié en traversant1,
dans unmilieu de numéro
atomique
Z,
contenant N atomes par centimètre cube(certains
auteurs définissant tcomme l’unité de
cascade) :
Dans le cas de l’émulsion
Gg,
L’énergie critique
E~
estl’énergie
d’un électronrapide
dont laperte
par ionisation estégale
à laperte
par radiation.Eue
estapproximativement
égale
à80o NIeV/Z.
Dans le cas de l’émulsionG,,
sa valeur est de
~to
MeV environ. Un électrond’énergie
plus
grande
queEe
perd
sonénergie
prin-cipalement
parradiation,
un électrond’énergie
plus petite
laperdant principalement
par exci-tation et ionisation.Nous avons vu que le
comptage
desgrains
nepeut
nousrenseigner
sur laperte
d’énergie,
ni dans lepremier
cas, ni même dans ledeuxième,
la densité degrains
varie très peu avecl’énergie
dans larégion
desgrandes
énergies
(> ~~ m
c2 rv 1MeV,
énergie
du minimumd’ionisation).
La
mesure del’angle
de diffusionmultiple
serait une méthodeplus
avantageuse
pour identifier cesparticules :
c’est,
eneffet,
une fonction del’énergie
qui
variecomparativement
plus
rapidement
dans cetterégion.
Supposons
que laperte
d’énergie
soitexponen-tielle,
commet .---2,9 cm, pour une émulsion
G5
untraversant i cm et S> pour 100 en traversant e cm.
Cependant,
lalongueur
des tracesd’énergie
moyenne que t’enrisque
de trouver dans uneéniul-sion de 200 03BC
d’épaisseur
n’est pas très consi-dérable.Soit s cm la
longueur
d’une trace :l’angle
dediffusion
total,
c’est-à-dire la déviation subie par laparticule
entre son entrée dans l’émulsion et sasortie de celle-ci a la valeur
moyenne
où G est une fonction lentement variahle due 1 et de
l’ énergie,
valant environ4, B = v
etp étant
c
en MeV’c.
Il
correspond
à cetangle
unangle
Ocorde
tel queet, par
conséquent,
une flèche moyenneUn électron de moment
égal
à5o MeVjc,
arri-vantparallèlement
à laplaque,
adonc,
après
2 mmde parcours dans
l’émulsion,
une flèche moyennede 100 l1 et de 300 ~.
après 4
mm. Il y a donc peude chances de trouver des traces de 5 mm ou
plus :
defait,
lamajorité
des traces attribuées à desgerbes
d’électrons ont seulement unelongueur
moyenne voisine de i mm dans les
plaques
étudiées. Même pour de telles traces(5
mm delongueur),
laperte
moyenned’énergie
par radiationpendant
leur traversée de l’émulsion est de 16 pour 100environ. Les rares
particules
qui
ont unetrajec-toire de i ou 2 cm dans l’émulsion sont donc des
particules plus énergiques, probablement
des mésons. Dans cesconditions,
peut-on compter
pouvoir
mettre en évidence une
perte d’énergie
par radiationpermettant
d’identifier les tracesélectroniques ?
Supposons
unelongueur
de trace de 5 mm et unangle
de diffusion de4c/
pour ion N. On trouve.que la cellule
optimum
a unelongueur
de5o M.
environ et que, dans ces
conditions,
l’erreur totalecommise
surl’énergie
moyenne de la trace est deon obtient une erreur minimum de 10 pour 100.
Mais,
si l’on veut déterminer maintenant la diffé-renced’énergie
entre les deux extrémités de latrace, on pourra, soit mesurer
l’énergie
surchaque
moitié de celle-ci (mais alors on réduit à la moitié de la différence initiale la différence
d’énergie
entre les deuxportions
de latrace),
oubien,
cequi
peut
paraître
préférable,
mesurerl’énergie
sur lepremier
millimètre et sur le dernier. Pour unelongueur
dei mm de trace, l’erreur est de r ~ pour i oo environ.
L’erreur totale sur la différence des deux
énergies
sera donc de l’ordre de
grandeur
ousupérieure
à cette différenced’énergies.
On voit donc
qu’il
seraitindispensable,
pourpouvoir
identifier par cette méthode les électrons degrande énergie
provenant
durayonnement
cos-mique,
d’utiliser desplaques plus
épaisses :
en amé-liorant latechnique
du traitement et celle de lamesure, on
peut
espérer pouvoir
séparer
les élec-trons degrande énergie
par cette méthode.Conclusion. - Cette étude des traces
cosmiques
au niveau de la mer par la
technique
des émulsionsphotographiques,
nous apermis
de mettre enévi-dence deux
spectres
d’énergie
biendifférents,
laplupart
destrajectoires
dans lesplaques
degrande
densité de traces étant très vraisemblablement
attribuables à des
électrons,
les mésons étant compa-rativement peu nombreux. Parcontre,
dans lesplaques
où il y a peu detraces,
laplupart
de celles-cisont très
probablement
des traces de mésons. Ledéveloppement
de latechnique
de traitement et demesure doit
permettre
de différencierindividuel-lement les électrons des mésons
(et
desprotons).
L’étude d’un nombre suffisammentgrand
deplaques
développées
à des intervalles detemps
variahlespermettrait également
d’évaluer lefading
del’image
latente pour les traces tendues au minimum
d’ioni-sation.
Nous tenons tout
spécialement
à remercier M. le Professeur Thibaud pour l’aide bienveillante et lesprécieux
conseilsqu’il
nous aprodigués pendant
toute la durée de ce travail. ’
Nous adressons aussi nos
plus
vifs remercîments à M. G.Marguin qui
a mis aupoint
latechnique
dedéveloppement
des émulsions et mis à notredisposition
un certain nombre de résultats de mesurede diff usion.
P. -
Après
avoir terminé la rédaction duprésent article,
nous avons eu connaissance d’un article deHooper,
King
et Morrish. Ces auteurs ontappliqué
la méthode de mesure de la différenced’énergie
entre les deux extrémités d’une trace à l’identification des électrons relativistes.Manuscrit reçu le 18 juillet 1952.
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Nature, 1949, 164, 311. SCHÖNBERG. - Bull. Centre
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Roy. Soc., 1939, A 169, 531 ; Phys. Rev., 1940, 58, 292.
RADIOACTIVITÉ 03B2
DOUBLE : RECHERCHESYSTÉMATIQUE
DES CAS FAVORABLESPar
JEAN-FRANÇOIS
DET0152UF, RAYMOND MOCH et JEAN SALMON. Laboratoire de Physique atomique et moléculaire. Collège de France, Paris.Sommaire. - On
procède à la recherche systématique des corps susceptibles de donner lieu à une
radioactivité 03B2 double.
Une première étude utilise les formules semi-empiriques qui relient, dans la théorie de la goutte liquide, les masses atomiques des noyaux isobares à leur numéro atomique. On a fait appel, d’une part à une
formule générale de Bethe, dont les coefficients s’expriment analytiquement en fonction de A, d’autre part à une formule plus récente de Mme Joliot-Curie, dont les coefficients sont déterminés empiriquement pour chaque valeur de A.
Dans une seconde étude, on évalue directement l’énergie disponible pour la transition (Z) ~ (Z + 2) à partir des données expérimentales relatives au spectre 03B2 du noyau (Z + 1).
La comparaison des résultats de ces deux études montre qu’il existe une région privilégiée pour la
radioactivité 03B2 double négative au milieu du tableau périodique (80 A 130). Une quinzaine de corps possibles sont mis en évidence, pour lesquels on évalue l’énergie disponible et la période. Les plus
favorables sont des isotopes de l’étain, du palladium, du cadmium, du molybdène et du ruthénium.
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM.. TOME
13,
DÉCEMBRE1902,
PAGE 618.A. La
radioactivité ~
double.Bien que l’observation d’un tel
phénomène
semble,
à l’heure
actuelle,
peuprobable,
onpeut
envisager
la
possibilité
de transitions dutype
ou
sans
qu’il
y ait passage réel par le stade intermé-diaire(A,
Z +1 ).
Il nes’agirait
donc pas d’unesuccession de deux radioactivités ordinaires de même
signe,
mais d’une émission simultanée de deuxélectrons,
qui
constituerait lephénomène
dela radioactivité
[3 double,
négative
dans lepremier
cas,
positive
dans le second. Nousdésignerons
cestransitions
respectivement
par~3--
et~3++. ~
°
Le noyau initial