13. Énergie et impulsion relativistes
Exercice 13.5 Un cyclotron est planifié pour accélérer des protons d’une énergie cinétique de 150 MeV. Le champ magnétique prévu est de 1,00 × 10 4 gauss.
(a) Quel doit être le rayon minimum R min des pièces polaires magnétiques ?
(b) Quelle fréquence f doit être utilisée dans les électrodes accélératrices ?
(c) De quelle fraction Δ f / f doit-on changer la fréquence pour tenir compte des effets
relativistes pendant l’accélération d’une particule donnée ?
Exercice 13.6 Un corps de masse M, au repos dans le laboratoire, se désintègre en
deux particules de masses m 1 et m 2 . Déterminer de façon relativiste les énergies cinétiques T 1 et T 2 des produits de désintégration.
Exercice 13.7 Un méson pi (m π = 273 m e ) au repos se désintègre en un muon (m μ =
207 m e ) et un neutrino (m ν = 0). Trouver l’énergie cinétique et l’impulsion du muon (T μ ,
p μ ) et du neutrino (T ν , p ν ) en MeV.
Exercice 13.8 Un atome excité de masse totale m est au repos dans un système de
coordonnées donné. Il émet un photon, perdant ainsi une énergie ΔE. En tenant compte
du recul de l’atome, calculer l’énergie E γ du photon.
Exercice 13.9 Une particule de masse m, se déplaçant à la vitesse v = 4c/5, entre en
collision inélastique avec une particule semblable au repos.
(a) Quelle est la vitesse V de la particule composée ?
(b) Quelle est sa masse M ?
Exercice 13.10 Le « bevatron » de Berkeley a été conçu pour accélérer des protons
à une énergie suffisamment élevée pour produire des paires proton-antiproton dans la
réaction
p + p → p + p + (p + ¯
p).
On appelle « énergie de seuil » de cette réaction la situation où les quatre particules de
droite se déplacent à la même vitesse comme une seule particule de masse M = 4m p . Si
les protons cibles sont au repos avant la collision, quelle énergie cinétique T doit avoir
le proton incident pour atteindre ce seuil ?
Exercice 13.11 Calculer l’énergie de seuil T e pour produire une paire protonantiproton dans une collision électron-électron
e
−
+ e
−
→ e
−
+ e
−
+ p
−
+ p
+ .
On peut utiliser m e ≈ 0,5 MeV, m p ≈ 1 GeV. Comparer cette énergie avec l’énergie
nécessaire dans une collision proton-proton (comme dans l’exercice 13.10).
Exercice 13.12 Une paire proton-antiproton peut être créée par l’absorption d’un
photon (γ) par un proton au repos.
γ + p → p + (p + ¯
p).
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
63
Exercice 13.5 Un cyclotron est planifié pour accélérer des protons d’une énergie cinétique de 150 MeV. Le champ magnétique prévu est de 1,00 × 10 4 gauss.
(a) Quel doit être le rayon minimum R min des pièces polaires magnétiques ?
(b) Quelle fréquence f doit être utilisée dans les électrodes accélératrices ?
(c) De quelle fraction Δ f / f doit-on changer la fréquence pour tenir compte des effets
relativistes pendant l’accélération d’une particule donnée ?
Exercice 13.6 Un corps de masse M, au repos dans le laboratoire, se désintègre en
deux particules de masses m 1 et m 2 . Déterminer de façon relativiste les énergies cinétiques T 1 et T 2 des produits de désintégration.
Exercice 13.7 Un méson pi (m π = 273 m e ) au repos se désintègre en un muon (m μ =
207 m e ) et un neutrino (m ν = 0). Trouver l’énergie cinétique et l’impulsion du muon (T μ ,
p μ ) et du neutrino (T ν , p ν ) en MeV.
Exercice 13.8 Un atome excité de masse totale m est au repos dans un système de
coordonnées donné. Il émet un photon, perdant ainsi une énergie ΔE. En tenant compte
du recul de l’atome, calculer l’énergie E γ du photon.
Exercice 13.9 Une particule de masse m, se déplaçant à la vitesse v = 4c/5, entre en
collision inélastique avec une particule semblable au repos.
(a) Quelle est la vitesse V de la particule composée ?
(b) Quelle est sa masse M ?
Exercice 13.10 Le « bevatron » de Berkeley a été conçu pour accélérer des protons
à une énergie suffisamment élevée pour produire des paires proton-antiproton dans la
réaction
p + p → p + p + (p + ¯
p).
On appelle « énergie de seuil » de cette réaction la situation où les quatre particules de
droite se déplacent à la même vitesse comme une seule particule de masse M = 4m p . Si
les protons cibles sont au repos avant la collision, quelle énergie cinétique T doit avoir
le proton incident pour atteindre ce seuil ?
Exercice 13.11 Calculer l’énergie de seuil T e pour produire une paire protonantiproton dans une collision électron-électron
e
−
+ e
−
→ e
−
+ e
−
+ p
−
+ p
+ .
On peut utiliser m e ≈ 0,5 MeV, m p ≈ 1 GeV. Comparer cette énergie avec l’énergie
nécessaire dans une collision proton-proton (comme dans l’exercice 13.10).
Exercice 13.12 Une paire proton-antiproton peut être créée par l’absorption d’un
photon (γ) par un proton au repos.
γ + p → p + (p + ¯
p).
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
63
