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Déroulement d'une expérience

L'échelle de temps entre l'idée d'une expérience sur un grand accélérateur, sa réalisation, son analyse, et la publication des résultats est de un à deux ans. La taille de l'équipe impliquée qui comprend des chercheurs et des techniciens varie d'une dizaine à une trentaine de personnes. Ces équipes peuvent être internationales. L'expérience décrite ci-dessous présente un thème de recherche précis mais la plupart des informations et des étapes est applicable à toutes les études faites au GANIL.

 

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L'objectif des physiciens


Le physicien du GANIL a pour but d'étudier un noyau dont il pense qu'il a des propriétés particulières. Il peut chercher à mettre en évidence une propriété à partir des réactions nucléaires qui vont avoir lieu lors de l'expérience.

Par exemple, l'équipe de physiciens cherche à mettre en évidence l'existence d'un tetraneutron, une sorte de noyau très exotique, formé de 4 neutrons liés entre eux pendant un très court instant.

 

La proposition d'expérience


Le physicien détermine les conditions de son expérience lors de laquelle un faisceau d'ions va bombarder une cible.

Il choisit d'abord l'élément stable qui va constituer son faisceau primaire, l'énergie ainsi que le nombre de particules par seconde dans le faisceau. Il détermine la cible qui va lui permettre de produire les noyaux stables ou radioactifs qu'il veut étudier. Il calcule toutes les réactions nucléaires qui vont avoir lieu.

Après avoir choisit les particules qu'il veut détecter et identifié et les meilleurs détecteurs pour atteindre son objectif, il présente son idée d'expérience au comité d'experts qui se réunit deux fois par an. Ils étudient sa proposition et lui accordent un temps de faisceau qui varie de quelques jours à 2 semaines environ.

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Préparation de l'expérience


Le physicien a alors quelques mois pour préparer son expérience, mettre au point son dispositif de détection, fabriquer sa cible. Il peut utiliser des éléments déjà existant.

Pour mettre en évidence le tetraneutron, les expérimentateurs ont choisi un faisceau d'Oxygène 18, l'isotope stable de l'oxygène le plus riche en neutrons. La cible est en Béryllium, un matériau léger et peu dense. Ils détecteront les neutrons grâce à l'ensemble de détection DEMON.

 

Préparation de la salle d'expérience


La semaine précédant l'expérience, physiciens et techniciens installent les dispositifs dans la salle d'expérience, les testent et étalonnent les instruments de détection.

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Acquisition des données


Le physicien met au point l'électronique qui va servir à acquérir les données.

Chaque tiroir a sa fonction : par exemple convertir les signaux analogiques (courant, tension) fournis par les détecteurs en signaux numériques enregistrés par l'ordinateur. Il peut amplifier et mettre en forme les signaux.

 

L'expérience


Le cahier de manip est au coeur de l'expérience. Tous les paramètres de fonctionnement des éléments de l'expérience y sont consignés heure par heure. Le physicien repartira avec le cahier d'expérience et les données enregistrés sur disque. A partir de programmes de dépouillement et de simulations qu'il va concevoir, il analysera toutes les données pour en tirer un résultat scientifique.

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Déroulement de l'expérience


Le physicien suit le déroulement de l'expérience et identifie les particules qu'il détecte à partir d'écrans de contrôle qui rendent compte du fonctionnement des détecteurs :

  • Identification des particules produites lors de l'expérience grace à l'énergie qu'elles perdent dans un détecteur solide (écran de gauche).
  • Discrimination des neutrons et des gammas arrivant dans le détecteur de neutrons (écran de droite).

 

Publication des résultats


Le physicien va ensuite retourner dans son laboratoire et analyser avec l'aide de collègues, d'étudiants et de post-doctorants, les données de son expérience.
Il publiera ensuite ses résultats en anglais dans une revue scientifique spécialisée dans le domaine : Nuclear Physics A, Physical Review Letter … et les présentera dans des congrès rassemblant la communauté des physiciens nucléaires.

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