Dossier documentaire M 4 Langevin–Wallon, PTSI 2015-2016
Expérience de Bertozzi
I Objectif de l’expérience
L’objectif de cette expérience est de vérifier la validité de la relation relativiste entre vitesse et énergie communiquée
pour des particules fortement accélérés, ici des protons. Elle montre également qu’il n’est pas possible d’accélérer une
particule à une vitesse vqui serait supérieure à la vitesse de la lumière c, conformément aux prédictions relativistes.
II Dispositif expérimental
Figure 1 –Schéma de principe de l’expérience de Bertozzi. Figure reprise du compte-rendu d’Augustin, merci à
lui :)
Un générateur de van de Graaf permet de produire des « paquets » d’électrons d’énergie contrôlée pouvant aller
jusqu’à 1,5 MeV. Ces électrons sont initialements arrachés à une photocathode par effet photoélectrique, puis
accélérés par un champ électrique qui leur apporte l’énergie voulue.
Un tube intermédiaire détecte le passage de ces électrons en absorbant une partie du faisceau. Ces électrons
absorbés sont convertis en un signal de déclenchement et un signal d’entrée, envoyés à un oscilloscope par deux
câbles de longueur différente.
Les électrons passent ensuite dans un accélérateur linéaire (Linac) long de 8,4 m, qui peut éventuellement les
accélérer à nouveau pour atteindre une énergie allant jusqu’à 15 MeV.
En sortie du Linac, le faisceau est absorbé par un disque d’aluminium. Cela produit un signal de sortie, envoyé
à l’oscilloscope, et cela contribue à augmenter sa température. Une mesure de cette élévation de température (on
parle de calorimétrie) est réalisée par un thermocouple, ce qui permet d’en déduire l’énergie cinétique des électrons
incidents.
Un point important à noter est que les câbles envoyant le signal d’entrée et le signal de sortie à l’oscilloscope sont
de même longueur, si bien que le décalage de temps entre ces deux signaux n’est dû qu’au temps mis par les électrons
pour traverser le Linac. Ce point est vérifié en inversant les deux câbles, ce qui ne change pas les mesures.
Les énergies communiquées au faisceau sont connues théoriquement (nécessaire pour régler les appareils), mais
sont également contrôlées par les mesures calorimétriques.
III Résultats
L’oscilloscope permet de mesurer l’écart temporel entre le minimum du signal d’entrée et le minimum du signal
de sortie, c’est-à-dire le temps mis par l’électron pour parcourir la longueur du Linac
Les tendances observées en faisant varier l’énergie communiquée aux électrons sont les suivantes :
aux plus faibles énergies (moins de 1,5 MeV), le temps de vol de l’électron dans le Linac diminue lorsque son énergie
augmente : sa vitesse augmente avec l’énergie qui lui est communiquée ;
pour des énergies plus fortes, le temps de vol de l’électron dans le Linac ne varie plus même lorsque son énergie
augmente : on en déduit que sa vitesse atteint une borne supérieure.
1/2 Étienne Thibierge, 11 mars 2016, www.etienne-thibierge.fr