Quiz: Introduction à la physique nucléaire et quantique — 20 Fragen

1. Quel énoncé décrit le mieux la relativité restreinte ?

A. La vitesse de la lumière varie avec le référentiel mais les équations de Maxwell restent inchangées

B. Les lois de la physique sont identiques dans tous les référentiels inertiels et la vitesse de la lumière y est la même

C. Les transformations de Galilée rendent la lumière invariante dans tous les référentiels

D. Les lois de la mécanique classique suffisent pour tous les référentiels et la lumière dépend de l’observateur

Answer: (B)

Erklärung

La relativité restreinte postule l’invariance des lois de la physique dans les référentiels inertiels ainsi que la constance de la vitesse de la lumière. Les transformations de Galilée ne garantissent pas cette invariance.

2. À quelle expression correspond le facteur de Lorentz gamma ?

A. γ = 1−β² avec β = v/c

B. γ = 1/√(1−β²) avec β = v/c

C. γ = √(1−β²) avec β = c/v

D. γ = 1/β avec β = v/c

Answer: (B)

Erklärung

Le facteur de Lorentz est défini par γ = 1/√(1−β²), où β = v/c. Il vaut environ 1 en régime classique lorsque β est très petit.

3. Que signifie la catastrophe ultraviolette dans le cadre du rayonnement du corps noir ?

A. Le rayonnement disparaît lorsque la température augmente

B. Le spectre devient discret à haute fréquence

C. L’intensité diverge lorsque la longueur d’onde tend vers les très courtes valeurs

D. L’énergie émise est toujours nulle dans l’ultraviolet

Answer: (C)

Erklärung

La catastrophe ultraviolette désigne la divergence prédite de l’intensité du rayonnement du corps noir pour les très courtes longueurs d’onde. La quantification de Planck a justement été introduite pour résoudre ce problème.

4. Quelle relation traduit l’interprétation quantique de la fonction d’onde ?

A. La dérivée temporelle de ψ donne la masse de la particule

B. Le signe de ψ indique si la particule est chargée ou non

C. Le carré du module de ψ donne la densité de probabilité de présence

D. Le module de ψ donne directement la charge électrique

Answer: (C)

Erklärung

Dans ce formalisme, |ψ(r,t)|² représente la densité de probabilité de présence dans l’espace. La fonction d’onde ne décrit donc pas une trajectoire classique mais une probabilité.

5. Quels sont les nombres quantiques qui fixent respectivement le niveau d’énergie, le moment cinétique orbital et sa projection ?

A. m, n et ℓ

B. ℓ, m et n

C. n, m et s

D. n, ℓ et m

Answer: (D)

Erklärung

Dans l’atome d’hydrogène, n fixe le niveau d’énergie, ℓ le moment cinétique orbital et m sa projection sur l’axe Oz. C’est l’organisation standard des états quantiques.

6. Quelle est la dégénérescence totale d’un niveau d’hydrogène de nombre quantique principal n, en tenant compte du spin ?

A. 2n

B. n²

C. 2n²

D. n³

Answer: (C)

Erklärung

La dégénérescence orbitale vaut n², et l’ajout du spin double cette valeur pour donner 2n². C’est pourquoi les états d’énergie de l’hydrogène dépendent essentiellement de n.

7. Pour un atome à plusieurs électrons, quel est le couplage à l’origine du moment cinétique total j d’un électron ?

A. La différence entre son moment orbital et son spin

B. La projection de son spin uniquement sur l’axe radial

C. La somme de son moment orbital et de son spin

D. La somme de son énergie et de sa masse

Answer: (C)

Erklärung

Le moment cinétique total vérifie j = ℓ + s. Avec s = 1/2, on obtient les valeurs j = ℓ ± 1/2, sauf pour les orbitales s où ℓ = 0.

8. Quelle sous-couche se remplit pour les éléments de transition, selon le cours ?

A. La sous-couche s uniquement

B. La sous-couche d

C. La sous-couche f uniquement

D. La sous-couche p

Answer: (B)

Erklärung

La couche d se remplit pour les éléments de transition, dans des domaines de numéros atomiques donnés dans le cours. La sous-couche p concerne plutôt les éléments plus légers comme Z=5 à 9.

9. Qu’est-ce qu’un noyau doublement magique ?

A. Un noyau dont les couches protoniques et neutroniques sont toutes deux entièrement remplies

B. Un noyau qui se désintègre deux fois plus vite qu’un autre

C. Un noyau stable uniquement parce qu’il est très lourd

D. Un noyau contenant exactement deux protons et deux neutrons

Answer: (A)

Erklärung

Un noyau doublement magique possède des couches nucléaires complètement remplies pour les protons et pour les neutrons, ce qui accroît fortement sa stabilité. Ce n’est pas simplement un noyau avec quatre nucléons.

10. Dans une série isobarique à A impair, quelle affirmation est correcte ?

A. La capture électronique est toujours impossible

B. Le β+ est toujours possible sans condition

C. Il existe toujours deux isotopes stables

D. Il existe une seule parabole avec un isotope stable

Answer: (D)

Erklärung

Pour A impair, le cours indique une seule parabole de stabilité avec un isotope stable. Le β+ exige en plus une condition énergétique, contrairement au β−.

11. Quel médiateur est associé à l’interaction forte résiduelle entre hadrons ?

A. Le gluon

B. Le neutrino

C. Le photon

D. Le boson W

Answer: (A)

Erklärung

Le modèle standard associe l’interaction forte aux gluons. Le photon médie l’électromagnétisme, tandis que W et le neutrino ne jouent pas ce rôle.

12. Comment se composent les hadrons baryoniques dans le modèle des quarks ?

A. De trois quarks

B. D’un quark et d’un lepton

C. D’un quark et d’un antiquark

D. De deux quarks et un gluon

Answer: (A)

Erklärung

Les baryons sont des hadrons formés de trois quarks. Un quark et un antiquark correspondent plutôt à un méson.

13. Dans la capture électronique, quel type de particule est émis en même temps que le noyau fils ?

A. Un neutrino électronique

B. Un photon gamma

C. Un positron

D. Un proton

Answer: (A)

Erklärung

La capture électronique correspond à l’absorption d’un électron atomique par le noyau avec émission d’un neutrino électronique. L’émission d’un positron caractérise la désintégration bêta plus.

14. Que signifie un facteur de multiplication k supérieur à 1 dans une réaction de fission en chaîne ?

A. La réaction est équilibrée

B. La réaction est sous-critique

C. La réaction est arrêtée

D. La réaction est sur-critique

Answer: (D)

Erklärung

Si k > 1, chaque génération produit plus de neutrons que la précédente, donc la réaction devient sur-critique. À k = 1, elle est critique, et à k < 1, sous-critique.

15. Quel effet caractérise le dépôt maximal d’énergie d’un ion en fin de parcours dans la matière ?

A. La capture radiative

B. Le seuil de fission

C. La diffusion inélastique

D. Le pic de Bragg

Answer: (D)

Erklärung

Le pic de Bragg désigne le maximum de dépôt d’énergie au voisinage de la fin du trajet d’un ion. C’est ce qui permet une forte localisation du dépôt, par exemple en hadronthérapie.

16. Quelle interaction neutronique ne nécessite pas de seuil énergétique ?

A. La réaction (n,α)

B. La fission induite

C. La capture radiative

D. La réaction (n,p)

Answer: (C)

Erklärung

La capture radiative fait partie des interactions sans seuil, au même titre que la diffusion élastique ou inélastique. Les réactions (n,p), (n,α) et (n,f) sont au contraire des réactions avec seuil.

17. Quel dispositif détecte les rayonnements en collectant des charges créées dans un gaz sans amplification ?

A. Le compteur Geiger-Müller

B. Le scintillateur à NaI

C. La chambre à ionisation

D. Le photomultiplicateur

Answer: (C)

Erklärung

La chambre à ionisation recueille les charges créées dans le gaz sans les amplifier. Le compteur Geiger-Müller, lui, fonctionne avec une forte amplification.

18. Quel est le rôle principal d’un photomultiplicateur dans un détecteur à scintillation ?

A. Créer directement des paires ion-électron dans un gaz

B. Mesurer la charge sans champ électrique

C. Transformer les neutrons en protons de recul

D. Convertir les photons en électrons puis amplifier le signal

Answer: (D)

Erklärung

Le photomultiplicateur convertit la lumière de scintillation en électrons grâce à la photocathode, puis multiplie ces électrons par des dynodes. Il sert donc à amplifier un signal lumineux en signal électrique.

19. Dans un détecteur gazeux pour neutrons, quelle réaction est un exemple de conversion nucléaire ?

A. ^3He + n → ^1H + ^3H

B. e− + p → n + νe

C. γ + e− → e−

D. ^235U → fission spontanée

Answer: (A)

Erklärung

La réaction ^3He + n → ^1H + ^3H convertit le neutron en particules chargées détectables. Ce principe est celui des détecteurs à remplissage gazeux pour neutrons.

20. Quelle affirmation décrit correctement la dosimétrie passive ?

A. Elle repose sur la scintillation des neutrons rapides

B. Elle évalue l’exposition après analyse différée du dosimètre

C. Elle ne concerne que les rayons gamma

D. Elle mesure l’exposition en temps réel avec un dispositif actif

Answer: (B)

Erklärung

La dosimétrie passive est une mesure différée, effectuée après analyse du dosimètre. La dosimétrie active, au contraire, fournit une mesure en temps réel.