Dans cette expérience de laboratoire, les étudiants "observeront" des objets qui ne peuvent être vus. En utilisant le principe des expériences auprès des accélérateurs actuels, les étudiants tenteront de décrire précisément les caractéristiques de ces objets invisibles de la même manière que les physiciens des particules font l'étude de particules inconnues. Ils tenteront d'identifier la forme d'un objet caché sous une planche de bois en faisant rouler des "projectiles" (billes) contre cet objet et en observant la trajectoire réfléchie par les billes pour déterminer de fins détails (cette activité peut être répétée avec des projectiles plus petits).
Cette activité est conçue pour aider les étudiants à :
Cet exercice utilise les principes explorés par le travail du physicien Ernest Rutherford (1871-1937) analogue aux expériences auprès des accélérateurs au cours desquelles les résultats des collisions provoquent des interférences dans les objets invisibles.
Matériel requis (pour cinq groupes d'étudiants):
(Notez qu'une version toute prête de cette activité est disponible auprès de Science Kit)
Placez une forme sous chaque planche de bois sur des tables d'expériences individuelles, de façon à ce qu'elles ne soient pas visibles par les étudiants. Divisez les étudiants en cinq équipes. Donnez leur cinq minutes pour identifier une forme. Vous pouvez ensuite déplacer chaque équipe pour répéter cette activité avec une seconde forme.
Réponses
1/ Vrai. Lorsque les étudiants arrivent bien à identifier les formes, ils peuvent aussi essayer de déterminer approximativement la taille de chaque objet.
2/ Des projectiles plus petits peuvent être utilisés pour vérifier de petits détails, tels des encoches.
3/ Les conclusions peuvent être vérifiées en réalisant des essais répétés et en comparant les résultats avec ceux d'un autre groupe. Ces deux étapes sont importantes pour les expériences réelles.
Activités de suivi :
1/ Faites faire une recherche et un rapport sur les expériences de Geiger-Marsden-Rutherford qui ont abouti à l'idée du noyau au début du XXème siècle.
2/ Un second groupe peut travailler sur l'équipe Kendall-Friedman-Taylor qui a reçu le prix Nobel en 1990 pour avoir vérifier la structure en quarks des protons et des neutrons.
3/ De nombreuses expériences de la physique des particules impliquent des collisions inélastiques dans lesquelles les particules finales ne sont pas les mêmes que celles ayant initié la collision. Pour simuler des collisions inélastiques, répétez l'expérience en utilisant un lot de trois ou quatre billes magnétiques à la place de la forme cachée. Utilisez des billes magnétiques ou ordinaires comme projectiles et demandez aux étudiants d'échafauder des hypothèses sur la cible cachée.