Ce recueil de cours et problèmes corrigés concerne deux disciplines voisines qui décrivent la structure de la matière dans son aspect le plus fondamental. La physique nucléaire étudie la structure et les transformations du noyau atomique. La physique des particules s'intéresse aux objets les plus élémentaires ainsi qu'à leurs interactions. De nombreuses applications de la physique nucléaire ont bouleversé le XXe siècle (production d'énergie, datation radioactive, médecine). L'étude des particules, quant à elle, est un passage obligé pour comprendre la structure et l'évolution de l'Univers. Ces problèmes sont issus d'examens donnés à l'Ecole des Mines-ParisTech pour des élèves de deuxième année. Destinés à de futurs ingénieurs dans le cadre d'un tronc commun, ils donnent un aperçu général sur le sujet. Les étudiants des universités en fin de Licence ou début de Master qui souhaitent une approche non spécialisée de ce domaine y trouveront également leur profit. La base théorique étant réduite au minimum, l'ouvrage pourra intéresser des ingénieurs ou universitaires d'autres disciplines (chimistes, géologues biologistes, médecins) qui souhaitent connaître les derniers développements scientifiques. Les sujets abordés concernent aussi bien des applications (réacteurs nucléaires, radiobiologie, dosimétrie, datation, imagerie) que des sujets à la frontière de la recherche (modèle standard, boson de Higgs, neutrinos, accélérateurs, gravitation). Un cours succinct débute chaque chapitre qui se poursuit par les problèmes, tous indépendants, et leur solution détaillée.

Cours et problèmes corrigés de physique nucléaire et de physique des particules - L3, M1, Ecoles d'ingénieurs

Avec les théories de la relativité, la physique quantique est une de ces révolutions conceptuelles qui ont, au cours du XXème siècle, tout changé à notre compréhension de la nature. Si fascinantes que soient ses applications - laser, cryptographie, GPS, ordinateur, imagerie médicale -, la physique quantique fait cependant intervenir des paradoxes déroutants pour notre logique ordinaire. Pénétrer les arcanes du monde quantique, c'est donc aussi accepter d'utiliser le langage des équations, dont les auteurs donnent ici une approche accessible et graduée, n'excédant pas le niveau du premier cycle universitaire et n'oubliant jamais les vertus de l'approche historique. Se révèle ainsi l'univers fabuleux des particules élémentaires, des forces fondamentales de la nature, de la cosmologie et des énigmes de l'espace-temps, thèmes sur lesquels doit s'édifier toute réflexion moderne sur la nature et ses lois. Mais acquérir une certaine familiarité avec le monde quantique ne signifie pas en pénétrer tous les mystères. À propos de la déconcertante « non-localité », qui met en communication deux systèmes quantiques que rien ne relie, les auteurs préviennent qu'il est tout juste possible de développer une « intuition quantique ». Voilà de quoi réveiller les neurones les plus assoupis. Philippe Miné est ancien élève de l'École normale supérieure, directeur de recherches émérite au CNRS. Il a enseigné à l'École polytechnique et à Mines ParisTech. Il est l'auteur de Bizarre Big Bang et d'À la découverte de l'antimatière. Jean-Pierre Pharabod, ancien élève de l'ENST (aujourd'hui Télécom ParisTech), collègue de Philippe Miné au laboratoire Leprince-Ringuet de l'École polytechnique, est l'auteur du Cantique des quantiques (avec Sven Ortoli) et du Rêve des physiciens (avec Bernard Pire).

La Miraculeuse Efficacité de la théorie quantique

Avec les théories de la relativité, la physique quantique est une de ces révolutions conceptuelles qui ont, au cours du XXe siècle, tout changé à notre compréhension de la nature. Si fascinantes que soient ses applications laser, cryptographie, GPS, ordinateur, imagerie médicale, la physique quantique fait cependant intervenir des paradoxes déroutants pour notre logique ordinaire. Pénétrer les arcanes du monde quantique, c'est donc aussi accepter d'utiliser le langage des équations, dont les auteurs donnent ici une approche accessible et graduée, n'excédant pas le niveau du premier cycle universitaire et n'oubliant jamais les vertus de l'approche historique. Se révèle ainsi l'univers fabuleux des particules élémentaires, des forces fondamentales de la nature, de la cosmologie et des énigmes de l'espace-temps, thèmes sur lesquels doit s'édifier toute réflexion moderne sur la nature et ses lois. Mais acquérir une certaine familiarité avec le monde quantique ne signifie pas en pénétrer tous les mystères. A propos de la déconcertante "non-localité", qui met en communication deux systèmes quantiques que rien ne relie, les auteurs préviennent qu'il est tout juste possible de développer une "intuition quantique". Voilà de quoi éveiller les neurones les plus assoupis.

À la banalité bien familière du mot " matière " s'oppose l'exotisme un peu inquiétant du vocale " antimatière ". Chacun comprend que l'antimatière a vocation à détruire la matière. Mais comment détruire ce dont le monde est constitué ? Que reste t-il après la destruction ? Les physiciens savent-ils fabriquer de l'antimatière ? En trouve-t-on à l'état naturel ? Si oui, comment conserver cet explosif absolu ? Peut-on en faire une source d'énergie, une arme ? Le but premier de ce livre est de faire découvrir au lecteur, sans équation et à l'aide de nombreux dessins, les cheminements théoriques et expérimentaux qui ont conduit à cette découverte majeure. Les deux révolutions de la physique du début du XXe siècle que sont la relativité et la mécanique quantique y jouent un rôle central. Aujourd'hui, des antiparticules sont produites de façon routinière par des machines complexes, servant à la recherche fondamentale, mais aussi à l'imagerie médicale. Savez-vous que votre corps peut ingérer sans danger une petite dose, d'antimatière, afin d'effectuer un diagnostic spécialisé ? Par son utilisation à l'hôpital, l'antimatière est devenue familière, comme ce fut le cas avant elle pour les rayons X et les radio-isotopes. Des questions cruciales restent cependant en suspens, en particulier en astronomie et en cosmologie. Elles concernent l'existence et le rôle de l'antimatière dans l'Univers actuel, mais aussi dans les premiers instants du Big Bang. La symétrie est-elle parfaite entre matière et antimatière ? Existe t-il des antiétoiles et des anti-galaxies ? Des expériences ambitieuses tentent aujourd'hui de répondre à ces interrogations. Entrez dans l'aventure de l'antimatière, à la fois bien étrange et... si matérielle.

A la découverte de l'antimatière

Big Bang est devenu un terme du langage courant. Biologistes, sociologues, économistes ou politiciens l'ont emprunté aux physiciens et aux astronomes, les théologiens s'y réfèrent, les lycéens le trouvent même dans leurs manuels. Est-ce un mythe moderne ou une théorie  scientifiquement établie ? La cosmologie peut-elle être une science comme les autres ? L'Univers est-il éternel ou mortel, fini ou infini, courbe ou plat, et dans combien de dimensions ? Peut-on décrire précisément son comportement durant ses premières fractions de seconde, alors que son âge n'est connu qu'à deux milliards d'années près ? Einstein a-t-il fait la plus grosse bêtise de sa vie en imaginant une " constante cosmologique ", ou a-t-il anticipé les observations du troisième millénaire ? Que nous apprennent la couleur du ciel nocturne et les propriétés des particules élémentaires ? Bizarre, bizarre ! L'auteur raconte cette épopée, sans écrire d'équation, mais n'oublie pas la philosophie, l'histoire (des sciences), ni les petites histoires (des scientifiques).

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