Détection de rayons cosmiques dans une chambre à nuage
Article mis en ligne le 21 mars 2006

par Yves Delhaye
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Nous sommes en permanence bombardés par des rayons cosmiques. Provenants du soleil, des protons viennent heurter des atomes dans la haute atmosphère. Des restes de supernovae ou du big bang parviennent jusqu’ à nous. Des gerbes de particules jaillissent de ces collisions et nous traversent à chaque instant.

Ayant lu quelques descriptions sur le web de détecteurs artisanaux, je me suis lancé dans la construction.

C’est étonnamment facile !

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La chambre à nuage

Matériel nécessaire :

- un aquarium en plastique
- des plaques de feutre autocollant
- une plaque métallique peinte en noir
- de la toile isolante
- de l’isopropanol PUR (Il faut avoir un ami chimiste !) ATTENTION : C’est un produit toxique et inflammable. Ne pas laisser à portées des enfants. Ne pas boire. Eviter le contact avec les yeux. Si problème, téléphoner au CENTRE ANTI-POISON 070/245.245
- de la carboglace (On dit aussi glace carbonique.) ATTENTION : -80 °C NE PAS TOUCHER A MAINS NUES
- un bac en bois (j’ai utilisé un vieux tiroir !)
- des plaques de frigolite
- une (ou plusieurs) lampe(s) de poche
- une grosse brique


Construction :

Coller le feutre au fond de l’aquarium.

La plaque métalique doit faire couvercle et donc dépasser le bord supérieur de l’aquarium de quelques centimètres.

Les parois intérieures du tiroir doivent être tapissées de frigolite. Ne pas hésiter à mettre plusieurs couches pour le fond. Laisser 4 à 5 cm de profondeur libres.

Remplir le tiroir de carboglace. (La frigolite est là pour isoler thermiquement.)

Saturer le feutre d’isopropanol.

Poser l’aquarium sur la plaque, face noire vers l’intérieur de l’aquarium. Si la plaque a une rainure dans laquelle le bord de l’aquarium vient s’emboîter, c’est encore mieux.

Coller les bords de l’aquarium sur la plaque avec la bande isolante en veillant à ne pas remonter de plus d’un cm ou deux sur les parois.

Poser la plaque sur la carboglace. Le fond de l’aquarium est vers le haut.

Poser la brique (ou un objet lourd PAS DU PLOMB !) sur l’aquarium. Le but étant d’assurer l’étanchéité de l’ensemble.

Déposer l’ensemble dans une pièce obscure.

Attendre une quinzaine de minutes.

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Action !

Après quinze minutes, si vous braquez le rayon de la lampe de poche parallèlement à la plaque noire en rasant le fond, vous allez observer comme une légère rosée ou un brouillard qui se dépose sur la plaque.

C’est l’isopropanol qui se condense.

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Brouillard d’isopropanol

De temps en temps vous allez observer une trainée blanche, comme le passage d’un avion en altitude dans un ciel clair.

Voilà, vous venez de voir passez un rayon cosmique !
(Plus exactement un muon résultant de la collision d’un rayon cosmique dans la haute atmosphère !)

Parfois il s’agira d’un mince filet, parfois vous aurez la chance d’observer une grosse trainée occupant un volume similaire à celui d’une cigarette. Dans ce cas, il s’agit probablement d’une particule alpha issue de la désintégration d’un atome de radon. Ce gaz inerte provient du sol et des matériaux de construction. Il s’agit de radioactivité naturelle.

Il faut "chipoter" avec la lampe et apprendre à les voir. Soyez patient !

Je n’ai pas réussi à avoir de photo nette des trainées. Mon appareil faisant de la mise au point automatique et attendant systématiquement une ou deux secondes avant de déclencher, celà s’est avéré plus difficile que de construire le détecteur ! Il semble que tous les amateurs ayant réalisé l’expérience et dont j’ai trouvé la trace sur internet se soient heurté à la même difficulté.


Principe de fonctionnement :

L’isopropanol est un alcool. A température ambiante, il s’évapore. A - 80°C, il devrait être liquide. A proximité de la plaque il devrait donc être liquide mais n’a pas encore eu le temps de se liquéfier. Cette vapeur est dite sursaturée. Le passage d’une particule ionisante et de haute énergie brise cet équilibre fragile et fait se liquéfier la vapeur brutalement. C’est cette trainée de condensation que l’on observe.


Liens :

http://www.cosmicrays.org/

En anglais

www.cloudchambers.com propose de belles photos mais est un lien commercial ! (Ceci n’est pas de la publicité, mais faire des photos c’est avéré plus difficile que je ne l’imaginais !)

La chambre à nuage de Wilson

CambdridgePhysics

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