Paris 7 QA 421-422
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THEORIE CLASSIQUE DES CHAMPS
EXAMEN, t0= mercredi 26 mai, 14 h.
∆t= 4 heures
Il n’est pas totalement inutile de lire l’´enonc´e : les questions sont en principe, et parfois en d´epit des apparences, r´edig´ees dans l’intention de faciliter votre tˆache. Mais avant cela, quelques remarques :
• Conventions typographiques :~b, −→B repr´esentent des (tri)vecteurs,r,S des quadrivecteurs.
• Si les cons´equences d’une erreur de calcul, propag´ees tout au long d’une solution, sont ´eventuellement pardonnables dans la mesure o`u elles ne heurtent pas le “bon sens”, toute r´ecidive d’une erreur de dimensions constitue par contre une faute aggrav´ee.
• Songez `a toutes les m´ethodes de v´erification de vos r´esultats : sym´etries, dimensions, cas particuliers, cas limites, bon sens, patrimoine culturel, etc. Il en sera tenu compte ; faire de la physique c’est aussi pr´evoir un r´esultat avant tout calcul puis, apr`es celui-ci, corriger ses erreurs.
• Des blocages moraux quelque peu d´esuets me rendent particuli`erement irascible en cas de suspicion de fraude, et encore plus s’il en r´esulte des inepties. Aidez moi `a ´eviter des sentiments dont j’aurais honte !
• Ne vous affolez pas de la longueur du probl`eme propos´e. Consid´erez le comme un hommage `a vos capacit´es et ne l’attaquez qu’apr`es avoir effectu´e les exercices* qui suffisent par ailleurs pour vous assurer la moyenne.
Bon courage. le G.O.
I*. ELECTRODYNAMIQUE, TRANSFORMATIONS DE LORENTZ
1. Rappelez les ´equations de l’´electrodynamique r´egissant les ´evolutions du tenseur du champ ´electroma- gn´etique en pr´esence de la source jα(r), et d’une charge d’´epreuve ponctuelleq.
2. Rappelez l’expression de ces mˆemes ´equations pour les champs ´electrique −→E(r) et magn´etique −→B(r), et pour les taux de variationdp0/dtetd~p/dtde l’´energie et de l’impulsion de la charge d’´epreuve.
3. i) Les champs ont les valeurs −→E et −→B en un ´ev´enement dans un rep`ere (t, x, y, z). Calculez les composantes de ces champs, au mˆeme ´ev´enement, dans un rep`ere (t0, x0, y0, z0) qui se d´eplace `a la vitessevx, en configuration standard.ˆ
ii) En d´eduire les expressions vectorielles des composantes de −→E0 et −→B0 parall`eles et normales `a la vitesse relative des rep`eres.D´ecrivez quelques moyens de v´erifier la justesse de votre calcul.
iii) Les champs en un ´ev´enement P ont pour composantes, dans (t, x, y, z) :
−→EP= (0
EP 0
, −→BP= (0
0 BP
.
Calculez les composantes des champs−→E0P et−→B0Pen ce mˆeme ´ev´enement, dans le rep`ere (t0, x0, y0, z0).
D´ecrivez quelques moyens de v´erifier la justesse de votre calcul.
4. i) Soit les champs
−→E(t, x, y, z) = (0
Ecos(ωt−kx) 0
et −→B(t, x, y, z) = (0
0
Bcos(ωt−kx) ,
dans une certaine r´egion de l’espace-temps. Reportant ces champs dans les ´equations de Maxwell, d´eterminez `a quelles conditions sur les constantes E,B,ω et kils en sont solutions s’il n’y a pas de sources dans la dite r´egion.
ii)Calculez dans ce cas les composantes des champs−→E0(t0, x0, y0, z0) et−→B0(t0, x0, y0, z0) dans la mˆeme r´egion, dans le rep`ere (t0, x0, y0, z0).D´ecrivez quelques moyens de v´erifier la justesse de votre calcul.
iii) Commentaires ?
2 Maˆıtrise de physique, Paris 7 II*. RAYONNEMENT D’UNE CHARGE A BASSE VITESSE
1. Rappelez l’expression du champ ´electrique rayonn´e par une charge ponctuelle `a basse vitesse, en expliquant la signification des symboles que vous employez.
2. Qualitativement, pour une charge en mouvement uniforme `a basse vitesse sur une orbite circulaire : i) Indiquez, par des petits dessins, les caract´eristiques (distribution angulaire et polarisation) du rayonnement.
ii) Vous disposez, pour d´etecter ce rayonnement, d’un bout de fil conducteur rectiligne. Repr´esentez les orientations optimales de cette antenne selon sa position par rapport au syst`eme ´emetteur.
3. Quantitativement:Calculez la puissance rayonn´ee `a l’instantt, `a travers une sph`ere de rayonrgrand centr´ee sur la position d’une charge source dont la vitesse est n´egligeable.
III*. CHAMP ELECTROMAGNETIQUE CREE PAR UNE CHARGE Le sch´ema ci-contre repr´esente la trajectoire d’une charge
q > 0 dont la vitesse a un module constant v = 3/5. A l’instantt= 0, la charge est enx= 0, y=a.
1. D´eterminez l’allure du champ ´electrique `a t = 0, en P (x=a,y=a), et en Q (x= 2a,y=a).
2. Repr´esentez l’allure des lignes du champ ´electrique `at= 0, dans le plan (x, y), ainsi que les zones o`u il y a un champ du type rayonnement.
3. Repr´esentez l’allure du champ magn´etique `a t = 0 en les points du plan (x, y).
IV. MOUVEMENT DU SPIN PORTE PAR UNE CHARGE
L’objet de notre commune (mais pas si vulgaire) passion va ˆetre le mouvement du moment magn´etique intrins`eque port´e par une particule charg´ee plong´ee dans un champ ´electromagn´etique. Ce mouvement est parfaitement connu dans un rep`ere (ai-je bien dit qu’il ´etait inertiel) o`u la particule est au repos. L’id´ee est donc d’en d´eduire, par simple changement de rep`ere, l’´equation du mouvement dans un rep`ere o`u la particule est anim´ee d’une certaine vitesse. C’est facile. . . conceptuellement, mais techniquement pas totalement trivial, et ¸ca r´eserve, au bout du compte, quelques effets inattendus.
1. Le patrimoine culturel.
i) Vous vous souvenez que l’´electrodynamique pr´edit qu’un circuit ´electrique plac´e dans un champ
´electromagn´etique est soumis `a des forces. Un petit (par rapport `a quoi au fait ?) circuit, en particulier, est soumis `a un couple r´esultant−M→=~µ∧−→B, o`u~µest lemoment magn´etiquecaract´eristique du circuit.
Le circuit est aussi soumis `a une force r´esultante (tiens au fait, vous en connaissez l’expression ?) que nous n’aurons pas `a envisager. (Vous pourrez dans la suite, faire remarquer le moment o`u il faut penser
`
a cette force pour pouvoir ensuite la n´egliger l´egitimement.)
ii) Vous vous souvenez encore qu’une charge q, masse m, moment cin´etique −→L, peut ˆetre assimil´ee
`
a un circuit de moment magn´etique ~µ = 2mq −→L. (Au fait, sauriez-vous retrouver rapidement cette expression ?)
iii) Bien ; mais tout ¸ca c’est de la th´eorie. Empiriquement c’est assez bien confirm´e, encore que l’on s’aper¸coive que, mˆeme au repos (−→L = 0), la charge a encore un moment cin´etique intrins`eque (son spin−→S, que l’on va traiter classiquement, juste pour voir) qui, soumis `a un champ ´electromagn´etique a un mouvement en tout point identique `a celui d’un moment magn´etique intrins`eque
~ µ=dfg q
2m
−→S ,
o`u le facteur g, sans dimension est caract´eristique de la particule (au mˆeme titre que m, q et |−→S|) et d’origine totalement empirique dans le cadre o`u nous nous pla¸cons. En d´eduire l’´equation du mouvement du spin, c’est-`a-dire l’expression de d−→S /dt, pour une charge porteuse immobile, en
Th´eorie classique des champs 3 fonction de. . . tout ce qu’il faut. Montrez que cette ´equation est celle d’un mouvement de rotation de vitesse angulaire~ω, constante, que vous pr´eciserez.
2. Maintenant commencent les choses s´erieuses, lorsque la charge porteuse est anim´ee d’une vitesse (disons par rapport au laboratoire) certaine et, qui plus est, variable. Plusieurs rep`eres vont intervenir, qu’il va falloir d´efinir proprement, puis la premi`ere tˆache sera d’y ´ecrire ce que nous savons d´ej`a du mouvement du spin.
i) Soit donc, associ´e `a un ´ev´enement P’ de la charge porteuse, un rep`ere inertiel R’ dans lequel la vitesse de la charge en P’ est nulle (rep`ere tangent). Toutes les valeurs des grandeurs relatives `a ce rep`ere sont not´ees affect´ees d’un prime. Quelle est l’expression de d−→S0/dt0, en l’´ev´enement P’, en fonction de g, q, m et des valeurs du spin−→S0 et du champ magn´etique −→B0 en cet ´ev´enement ? La ligne d’univers de la charge peut ˆetre param´etr´ee par son temps propre τ aussi bien que par le tempst0 ou par des lettres P’, P”. . .Quelle est l’expression correspondante ded−→S0/dτ, toujours en l’´ev´enement P’ ? ii) Les consid´erations pr´ec´edentes contiennent implicitement une d´efinition du spin d’un objet acc´el´er´e : le spin−→S0 de la charge en P’ est le triplet des composantes du spin dans le rep`ere tangent (donc inertiel) en P’. Qu’il y ait acc´el´eration ne change donc rien aux composantes du spin, mais il n’est pas du tout certain qu’il en aille de mˆeme pour l’´equation d’´evolution du spin. En effet, les valeurs de −→S0 et d−→S0/dτ en P’ ne nous disent pas encore directement la valeur −→S00 du spin en un ´ev´enement ult´erieur P” et donc dans un autre rep`ere inertiel R”. L’id´ee va ˆetre de passer par un rep`ere interm´ediaire, aussi inertiel, mais toujours le mˆeme, dit rep`ere du laboratoire, L. Les op´erations de changements de rep`eres inertiels sont plus simples sur des multiplets qui se transforment lin´eairement ; on va donc d´efinir un quadrivecteurSpar les valeurs de ses composantes dans un rep`ere particulier, le rep`ere tangent `a l’´ev´enement, `a savoir, pour les composantes contravariantes de S(P0) en l’´ev´enement P’, dans le rep`ere R’ :
(S00(P0)df= 0
−→S0(P0)df=−→S0 .
On connaˆıt d´ej`a d−→S0/dτ en P’, on devrait donc relativement facilement pouvoir en d´eduire les expressions de dSα/dτ dans le laboratoire. Mais attention ! ce n’est pas parce que la composanteS00 est nulle en l’´ev´enement P’, par d´efinition, qu’elle doit, ou qu’elle peut, le rester. En d’autres termes, dS00/dτ en P’ n’est peut-ˆetre pas nulle. Effectivement. . . U(P0) ´etant la quadrivitesse de la charge en P’, calculez la valeur du produit scalaire U·S associ´e `a chaque ´ev´enement de la charge porteuse.
En d´eduire la valeur de sa d´eriv´eed(U·S)/dτ et l’expression dedS00/dτen fonction de−→S0etd−→U0/dτ, en P’.
iii) Exprimez les valeurs des d´eriv´ees des composantes spatiales,dS0i/dτ, en fonctions deg, q,m et des composantesF0µν etS0α du tenseur du champ ´electromagn´etique et du quadrivecteur spin, en P’
dans R’.
iv) De mˆeme, `a l’aide des ´equations du mouvement de la charge dans le champ, exprimezdS00/dτ en fonction deq,m,F0µν,S0α et des composantesU0β de la quadrivitesse de la charge, en P’ dans R’.
v) Maintenant, vous vous souvenez que lesdS0α/dτ sont composantes d’un quadrivecteur (pourquoi au fait ?). Il ne vous reste plus qu’`a faire preuve d’intuition culinaire pour, `a l’aide des ingr´edients dont vous disposez (en particulier les composantes U0α et S0α qui ont des valeurs simples), pour en d´eduire une expression de dS0α/dτ tensoriellement ´equilibr´ee.
vi) En d´eduire l’expression dedSα/dτ en termes deq,m,get des composantesFµν,SµetUµen tout
´ev´enement, dans le rep`ere L du laboratoire (´equation BMT, deBargmann, Michelet Telegdi).
vii) Montrez, en r´eutilisant l’´equation du mouvement de la charge et en d´efinissant ad´equatement un quadrivecteur Fα, que l’´equation BMT peut s’´ecrire g´eom´etriquement
dS
dτ =F −³ S·dU
dτ
´ U , en tout ´ev´enement, dans tout rep`ere inertiel.
4 Maˆıtrise de physique, Paris 7 viii) En l’´ev´enement consid´er´e, dans le laboratoire, la charge porteuse a une vitesse not´eeβ. Le facteur~ relativiste correspondant est not´eγ. Vous souvenant de la valeur du produit scalaireU·S, en d´eduire d’abord une relation entreS0,β~ et−→S, puis une expression du produit scalaire S·dU /dτ en fonction de γ, −→S et d~β/dτ, et l’expression correspondante de l’´equation BMT, moins ´el´egante certes, mais pratique pour les calculs ult´erieurs.
3. Tout cela est bel et bon (je l’esp`ere) et donne en particulier l’´evolutiond−→S /dτdes composantes de−→S, mais dans des rep`eres inertiels (par exemple le rep`ere R’ tangent en P’, ou le rep`ere L, ou le rep`ere R”
tangent en P”, etc.) et non dans un rep`ere (propre) li´e `a la charge porteuse et dans lequel celle-ci reste immobile `a perp´etuit´e. Or ce sont les valeurs de ces composantes qui importent pour en calculer d’´eventuels effets physiques (comme la distribution angulaire des ´electrons de d´esint´egration d’un muon par rapport au spin de ce muon, d’abord connue dans un rep`ere o`u le muon est au repos puis, par transformation, dans un rep`ere o`u il a une vitesse). Et bien c’est facile, en posant~s(P0)df=−→S0(P0),
~s(P00)df=−→S00(P00), etc., c’est-`a-dire, associ´e `a chaque ´ev´enement de la charge porteuse, un triplet de valeurs ´egales par d´efinition aux valeurs des composantes du spin en cet ´ev´enement dans le rep`ere tangent qui se d´eduit du rep`ere du laboratoire par une transformation sp´eciale de Lorentz (donc “sans rotation”). Evidemment, pour fins d’analyse il est plus commode de rep´erer les ´ev´enements par les valeurs du temps propre de la charge que par des lettres P’, P”, etc.On a ainsi d´efini trois fonctions si(τ) par leurs valeurs, triviales, mais leur d´ependance
fonctionnelle l’est beaucoup moins : les valeurs de ~s associ´ees `a deux ´ev´enements diff´erents proviennent d’un spin qui ´evolue d’un ´ev´enement `a l’autre (sous l’effet du couple du champ magn´etique) et dont on prend les composantes dans des rep`eres tangents diff´erents (lorsque la vitesse de la charge change sous l’effet du champ ´electromagn´etique) ! Pour fixer( ?) les id´ees, le sch´ema ci-contre repr´esente, dans le laboratoire d’un monde `a une dimension, la ligne d’univers de la charge et les rep`eres tangents associ´es `a deux ´ev´enements. Reste
`
a obtenir l’´evolution intrins`eque d~s/dτ. C’est facile (ou disons pas trop difficile) si l’on exprime ~s en fonction des composantes −→S dans le laboratoire, pour ensuite profiter du fait que l’on y connaˆıt l’´evolution d−→S /dτ. Tout n’est donc affaire que de transformation sp´eciale de Lorentz entre L et R’, et d’un peu de calculs. . .
i) Soit ~β0 la valeur de la vitesse β(τ) de la charge en P’, par rapport au laboratoire. Rappelez les~ expressions vectorielles de la transformation sp´eciale de Lorentz t0(t, ~r;β~0),~r0(t, ~r;β~0) de L `a R’.
ii) En d´eduire l’expression de −→S0(P0), en fonction de−→S(P0),S0(P0),β~0 et γ0.
iii) Mais souvenez-vous queS0et−→S ne sont pas ind´ependants, et que vous aviez trouv´e une expression deS0(P0) en fonction deβ~(P0) et−→S(P0). En d´eduire l’expression de−→S0(P0) en fonction de−→S(P0),β~0 et γ0.
iv) Autres ´ev´enements, autres temps. En d´eduire l’expression des composantes ~s(τ) du spin dans le rep`ere propre en fonction de ses composantes −→S(τ) et de la vitesse β~(τ) (et du facteur γ(τ)) de la charge dans le laboratoire. (Un conseil : il est rentable pour la suite de ne faire apparaˆıtre, comme fonctions de la vitesseque β~ et γ.)
v) En d´eduire l’expression de ˙~sdf= d~s/dτ, en fonction de −→S˙ df= d−→S /dτ, ˙γ df=dγ/dτ, d(β~·−→S)/dτ et
~˙
β df=d~β/dτ.
vi) Calculer ˙γ en fonction deγ,β~ et β.~˙
vii) Vous souvenant de la valeur deU ·S, en d´eduire une relation tr`es simple entre S0 et β~·−→S, et une expression toute aussi simple ded(β~·−→S)/dτ en fonction de ˙S0 df=dS0/dτ.
Th´eorie classique des champs 5 viii) En d´eduire, `a l’aide du dernier avatar (2.viii) de l’´equation BMT, l’expression de ˙~sen fonction deF0,−→
F,−→S,β,~ γ etβ~˙.
ix) Reste `a exprimer cela en fonction de ~s plutˆot que −→S. C’est facile en calculant, `a l’aide de l’expression iv) de~s en fonction de −→
S, β~ et γ, les produits scalaires β~˙ ·~s et β~·~s. En d´eduire enfin l’expression de ˙~sen fonction deF0,−→
F,β,~ γ et du double produit vectoriel (β~˙ ∧β)~ ∧~s.
4. L’expression obtenue est relativement simple mais pas encore tr`es pratique `a cause de la pr´esence des composantes F0 et −→
F du quadrivecteur F, fonctions assez compliqu´ees, mais qu’il faut expliciter, des champs −→E, −→B, de la vitesse β~ et des composantes propres du spin, ~s (par le truchement des composantes −→S dans le laboratoire). Un moyen pas trop compliqu´e pour trouver F0 et −→
F en l’´ev´enement P’ va consister `a passer par les composantesF00et −→
F0 dans le rep`ere R’ tangent en P’.
i) En identifiant les expressions ded−→S0/dτ etdS00/dτ, trouv´ees en2.i) et2.iv) respectivement, avec les expressions des composantes dS0α/dτ, en P’ dans R’, calculez les valeurs des composantes F00 et −→
F0 en fonctions deg,q,m,−→B0 et −→S0, en cet ´ev´enement, dans ce rep`ere.
ii) En d´eduire par transformation sp´eciale de Lorentz sous forme vectorielle, les valeurs des com- posantesF0 et −→
F en fonctions de−→
F0, deβ~ la vitesse de la charge en P’ par rapport au laboratoire, et du facteur γ.
iii) En d´eduire l’expression de ˙~sen fonction de −→F0 (au lieu de F0 et −→F), puis de −→B0 et~slui-mˆeme (et, toujours, g, q,m,β,~ γetβ~˙).
5. Nous sommes maintenant en possession d’une ´equation d’´evolution coh´erente pour les composantes propres du spin~s. Elle n’est toutefois pas encore sous la forme la plus commode pour la physicienne qui travaille dans son laboratoire L avec son temps tet ses champs ´electrique−→E et magn´etique−→B. i) Rappelez la relation entre intervalle de temps propredτ et intervalle dans le laboratoire lorsque la vitesse de la charge estβ. En d´eduire que~ d~s/dt(le taux de variation des composantes propres du spin par rapport au temps du laboratoire) peut s’´ecrire sous la forme :
d~s
dt = (~ωL+~ωT)∧~s,
o`u ~ωL (avec L pour Larmor) et~ωT (avec T pour Thomas) sont respectivement proportionnel `a g et ind´ependant de g. Pr´ecisez bien les expressions d´efinitoires de~ωL et~ωT.
ii) A l’aide de la transformation de Lorentz du champ magn´etique ´ecrite sous forme vectorielle, exprimez la valeur du champ magn´etique−→B0 en fonction des champs−→E et−→B dans le laboratoire, de la vitesse β~ du rep`ere R’, et du facteurγ. En d´eduire l’expression de~ωL en fonction deg,q, m, −→E,
−→B,β~ et γ.
iii) Rappelez les expressions des variations d’´energie et d’impulsion,dp0/dtet d~p/dt, d’une chargeq, de vitesse β~, dans un champ ´electromagn´etique −→E, −→B. En d´eduire la valeur de γ d~β/dten fonction deq,m,−→E,−→B et β, puis l’expression de~ ~ωT correspondante.
iv) Regroupant les expressions obtenues pour ~ωL et ~ωT, en d´eduire enfin l’expression de d~s/dt en fonction deq,m,g,−→E,−→B,β,~ γ et~s.
6. Cette ´equation g´en´erale d’´evolution du spin d’une particule charg´ee dans un champ ´electromagn´etique a une grande importance historique (terme de couplage spin-orbite, mesures de g−2 des particules
´el´ementaires,etc.). Nous allons en ´etudier la derni`ere application en date pour une mesure pr´ecise de la masse et de la largeur du bosonZ0. Lorsqu’il se manifeste comme r´esonance dans la section efficace de r´eaction e−e+, le boson Z0 a bien sˆur une masse qui est la somme des ´energies de l’´electron et du positron dans le “rep`ere du centre de masse”, `a la r´esonance. Dans un collisionneur comme LEP, c’est donc simplement le double de l’´energie de l’´electron par exemple. C’est alors que commencent les probl`emes car l’´energie des ´electrons dans LEP n’est connue qu’avec une pr´ecision relative de 2×10−4 (r´esultante d’une fr´equence de rotation tr`es bien connue et d’une longueur de l’anneau beaucoup moins bien connue !). Mais les ´electrons inject´es avec des moments magn´etiques dans le d´esordre finissent (en circulant dans l’anneau pendant quelques heures, et du fait de leur rayonnement synchrotron qui est
6 Maˆıtrise de physique, Paris 7 polaris´e) par acqu´erir une polarisation : les divers moments magn´etiques sont moins d´esordonn´es, ils ont majoritairement une composante positive sur le champ magn´etique−→B de guidage, et la moyenne−M→ de ces moments magn´etiques prend une valeur non nulle formant un angle aigu avec −→B (tendance `a l’alignement de chaque~µavec−→B, jusqu’`a une polarisation maximale de l’ordre de 90 %).
i) Montrez que l’´equation d’´evolution du moment magn´etique moyen des ´electrons accumul´es dans l’anneau de LEP est de la forme
d−M→
dt =−→Ω ∧−M .→
Quelle est l’expression de−→Ω dans le cas du LEP (pas de champ ´electrique, ou si peu, vitesse de chaque charge `a peu pr`es orthogonale au champ magn´etique qui reste `a peu pr`es uniforme et constant dans la zone de l’anneau) ?
ii) Rappelez l’´equation du mouvement d’une charge dans LEP. Montrez qu’elle peut se mettre sous la forme
d~β
dt =~ωrev∧β~
et pr´ecisez la valeur de la vitesse angulaire de r´evolution des charges,~ωrev.
iii) Si le moment magn´etique tourne `a une vitesse −→Ω ´egale `a la vitesse ~ωrev de r´evolution de sa charge porteuse, on dit qu’il n’y a pas pr´ecession : quand la charge effectue un tour, le moment magn´etique effectue ´egalement un tour. Sinon, le moment magn´etique effectue un certain nombre de tours suppl´ementaires (dans le mˆeme sens ou l’oppos´e), des pr´ecessions, durant un tour de la charge.
Calculez ce nombreν de pr´ecessions pour un tour de la charge, en fonction degetγ. Que se passe-t-il si la particule ag= 2 ? Les ´electrons (et positrons) ont en fait
g−2
2 = 0,001 159 652 193 (10),
et, d’autre part, les ing´enieurs du LEP nous pr´eparent un faisceau de 46,5 GeV, sans autre pr´ecision.
La masse d’un ´electron estm= 0,510 999 06 (15) MeV. Montrez quen, la partie enti`ere du nombreν de pr´ecessions, est, dans ces conditions, bien d´etermin´ee, alors que l’incertitude subsiste sur sa partie fractionnaire δs(avec ν=n+δs).
iv) Le probl`eme reste donc de mesurerδsavec pr´ecision pour en d´eduireν, puisγet donc l’´energie des ´electrons. R´ecapitulons : durant un tour de sa charge porteuse le moment magn´etique~µeffectue 1 tour (pas de pr´ecession), plusntours (pr´ecessions), plus une fraction de tour δs, la seule observable (en absence de compte-tour) pour une spectatrice dans une zone d’exp´erience sur l’anneau. Dans cette zone, la physicienne cr´e´e un petit champ magn´etique ~b, perpendiculaire au champ −→ B de guidage. Chaque moment magn´etique va, dans la zone d’exp´erience, tourner autour de ~b, mais d’un angle r´eduit car la charge ne passe qu’un temps limit´e
dans la zone. Mais si apr`es un tour de la charge le champ~b a tourn´e de δs, le moment (quel qu’il soit) et le champ se retrouvent dans la mˆeme disposition relative et l’effet de ~b est cumulatif. On est alors dans des conditions de r´esonance et, puisqu’il y avait une majorit´e de moments dirig´es plus ou moins selon −→B (polarisation), on va assister `a un renversement de chacun des moments magn´etiques qui va se traduire par un renversement du moment magn´etique moyen−M→(parfaitement observable sur la distribution angulaire de diffusion d’un rayonnement polaris´e, mais ceci est un autre probl`eme). La physicienne obtient la r´esonance pour une fr´equence de rotation de son champ auxiliaire f0= 5,201 kHz. Par ailleurs, les ing´enieurs l’informent que la fr´equence de r´evolution des charges est alorsfrev= 11,245 504 1 kHz. Quelles valeurs en d´eduisez vous pourδs,ν,γ et finalement l’´energiep0 des ´electrons ?
R´ef´erence :A. Blondel&M. Crozon,D´etermination de la masse duZ0par r´esonance magn´etique des ´electrons du LEP, Images de la physique, Suppl´ement au n079 du Courrier du CNRS.
C’est fini en ce qui me concerne. Salutations respectueuses.