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Glossaire

Accélérateur linéaire - Un accélérateur de particules chargées dans lequel les particules sont donnés une série de poussées par des champs électriques oscillants, le long d'une longue chambre à vide linéaire.

Anti-matière - Matière faite entièrement d'anti-particules.

Anti-particule - Un type de particule subatomique qui est comme une image miroir de la particule d'origine du fait que beaucoup de ses propriétés clés sont inversés. Par exemple, l'anti-proton a la même masse que le proton mais est chargé négativement. Lorsque des particules et des anti-particules leurs correspondants se rencontrent, elles s'anéantissent mutuellement dans un sursaut d'énergie. De même, une paire de particule et d'anti-particule peut être créé à partir de l'énergie pure. L'anti-électron est connu comme un positron, et a une charge positive de même ordre de grandeur que la charge négative d'un électron.

Baryons - Hadrons qui sont composés de trois quarks. Les baryons les plus légers sont les protons et les neutrons. Les hadrons plus lourds, tels que la particule delta, sont instables. Les baryons et les mésons (qui contiennent juste un quark et d'un anti-quark) constituent les deux types de hadrons.

Capture d'électron - Le processus par lequel un électron est absorbé par un noyau, dans lequel il se combine avec un proton pour faire un neutron et un neutrino.

Chambre à brouillard - Un dispositif pour révéler les trajectoires de particules chargées (très) ionisantes lorsqu'elles traversent de la vapeur d'eau saturée. Il y a une limite à la quantité dde vapeur d'eau que peut contenir l'air, mais cette limite peut parfois être dépassée. Cependant, une particule chargée passant à travers une telle vapeur saturée laissera une série de gouttelettes au niveau des points où la particule a ionisé la vapeur.

Chambre à bulles - Un dispositif pour révéler les trajectoires de particules chargées (très) ionisantes lors de leur passage à travers un liquide sursaturé. Parfois, un liquide, tel que l'hydrogène liquide, peut être chauffé au-dessus de son point d'ébullition s'il est très pur. Cependant, une particule chargée passant à travers un tel liquide sursaturé laissera une série de bulles au niveau des points où la particule a ionisé le liquide.

Cyclotron - Un accélérateur pour particules chargées dans lequel les particules sont maintenues dans une orbite en spirale dans une chambre à vide par un champ magnétique, et elles reçoivent une série de poussées par un champ électrique.

Décroissance bêta - Le processus, régi par la force nucléaire faible, par lequel les protons et les neutrons peuvent se transformer l'un en l'autre. Quand un neutron se désintègre par radiactivité bêta, un électron plus un anti-neutrino sont libérés. Une neutron libre peut décroître par radioactivité bêta parce que sa masse est supérieure à la somme des masses du proton et de l'électron. Un proton peut se désintégrer uniquement par radioactivité bêta dans un noyau avec de l'énergie excédentaire et devient un positron plus un neutrino; ceci se passe à l'intérieur des noyaux ayant un excès de protons.

Défaut de masse - La différence entre la masse d'un noyau et la somme des masses de tous les nucléons lorsque les nucléons ne sont pas liés. Notez que la masse totale des produits de désintégration est plus petite que la masse du noyau décroissant; ce qu'on appelle parfois la diminution de masse.

Déformation oblate - La déformation d'une sphère qui est obtenue en pressant les deux côtés. La Terre est légèrement aplatie, car elle est un peu écrasée aux pôles ce qui rend l'équateur légèrement plus long que ce qu'il serait si la Terre était une sphère parfaite.

Déformation prolate - La déformation d'une sphère en un " ballon de rugby" ou de "football américaon". Cela peut être obtenu avec ballon en tirant deux points de part et d'autre de la surface du ballon.

Demie vie - Le temps après lequel la moitié d'une importante collection de noyaux radioactifs identiques se seront désintégrés.

Détecteur silicium - Ces détecteurs modernes de particules chargées sont basés sur le fait que ces particules provoquent des signaux électriques générés lors de leur passage au travers du détecteur ou sont absorbés. Ces détecteurs permettent de mesurer avec précision les énergies et les directions des particules produites dans les réactions nucléaires.

Diagramme de Segrè (carte des nucléides) - Le diagramme des noyaux présenté (habituellement) avec le nombre de protons sur l'axe vertical et le nombre de neutrons sur l'axe horizontal. Généralement, le carré sur ce tableau qui correspond à des valeurs particulières de N et Z indique des propriétés clés de ce noyau particulier, telles que sa radioactivité.

Diffraction - La propriété de toutes les ondes par laquelle elles se propagent en rencontrant un obstacle. La quantité de propagation dépend de la fréquence de l'onde et la taille de l'objet.

Dualité onde-corpuscule - Le concept quantique par lequel la matière et le rayonnement doivent être considérés à leur niveau le plus fondamental comme ayant parfois les propriétés des ondes et parfois les propriétés des particules. Par exemple, les électrons et les photons se comportent chacun parfois comme des particules et parfois comme des ondes.

Effet tunnel - La mécanique quantique permet aux particules d'apparaître de l'autre côté de barrières que, selon la physique d'avant de la mécanique quantique, ils n'auraient pas l'énergie de surmonter. Cet "effet tunnel quantique" contrôle des choses telles que la désintégration alpha et autorise la fusion de noyaux légers dans les étoiles, permettant aux étoiles comme le Soleil de briller pendant des milliards d'années.

Electron - La première particule élémentaire à être découverte. Il appartient à la classe de particules appelées leptons. Les électrons sont des particules chargées négativement très légers et sont les constituants des atomes à l'extérieur du noyau. Les électrons ont une masse de 9x10-31kg, environ un deux-millième de la masse de l'atome le plus léger, l'atome d'hydrogène. Ils ont une taille de zéro et sont donc considérés comme des "particules ponctuelles". Ils sont le support de l'électricité dans les métaux.

Etat excité - Tout niveau d'énergie d'un noyau au-dessus de son état fondamental.

Etat fondamental - Le plus bas niveau d'énergie d'un noyau (ou d'un atome).

Etoile à neutrons - Les restes compacts laissés derrière quand une étoile géante meurt dans une explosion de supernova. Ils ont sensiblement la même densité que le noyau. De nombreuses expériences visent à comprendre suffisamment les propriétés de la matière nucléaire à des pressions élevées pour nous permettre de comprendre les étoiles à neutrons.

Fission - Le processus par lequel un noyau lourd se divise en deux noyaux plus petits à peu près égaux, libérant de l'énergie enfermée à l'intérieur. Habituellement, la fission a lieu après qu'un noyau ait été stimulé par l'absorption d'un neutron, mais la fission spontanée existe. La fission est le processus qui produit de l'énergie nucléaire par des réactions en chaîne contrôlées.

Fission spontanée - Le processus par lequel un noyau lourd avec un excès de neutrons se divise à peu près par moitié en deux noyaux plus légers. Un tel processus est un type de désintégration radioactive et se déroule sans que le noyau ait besoin d'absorber des neutrons excédentaires pour susciter la fission, ce qui serait nécessaire dans un réacteur nucléaire.

Fréquence - Le nombre de vibrations d'un système oscillant qui se produisent dans une seconde. Dans le cas d'ondes, c'est le nombre de crêtes d'ondes qui passent par un point fixe en une seconde. Elle est mesurée en Hertz (= cycles par seconde).

Fusion - Le processus nucléaire par lequel deux noyaux légers peuvent surmonter la répulsion électrique mutuelle (Coulomb) pour fusionner. Ceci est accompagné par la libération d'une grande quantité d'énergie et c'est la source d'énergie dans le Soleil et les autres étoiles. Il est à espérer que la fusion sera un jour exploitée comme une source d'énergie sur Terre pour l'humanité.

Gluon - Particule sans masse, toujours observée liée au sein d'un hadron, qui génère l'attraction entre les quarks au sein des hadrons, les maintenant ensemble.

Hadrons - Toutes les particules qui interagissent via la force nucléaire forte. Les hadrons sont composés de quarks; les protons et les neutrons sont des hadrons, comme le sont les mésons.

Interférence - Une propriété des ondes par laquelle deux vagues se chevauchent les unes les autres pour produire desmotif de pics (lorsque deux crêtes de vagues rencontrent et se combinent) et des creux (quand une crête de la vague répond à un creux de la vague et l'annule). Le motif de l'obscurité et de la lumière qui en résulte permet d'en apprendre davantage sur les ondes et sur le système dans lequel l'interférence a lieu.

Ion - Un atome ou une molécule, qui n'est plus neutre électriquement, généralement parce qu'un ou plusieurs électrons ont été enlevés, mais le terme peut s'appliquer à un atome avec un électron supplémentaire (ion négatif).

Ioniser - Le processus d'enlèvement des électrons d'atomes ou de molécules de sorte qu'ils ne soient plus électriquement neutres. Les rayonnements alpha, bêta et gamma ionisent les atomes de matière avec lesquels ils interagissent.

Isobares - Nucléides avec des nombres de protons et de neutrons différents, mais le même nombre total de protons et de neutrons, soit le même nombre de masse atomique.

Isomère - Un noyau qui est dans un état excité de longue durée (appelé un état isomère ou un état métastable). Certains noyaux peuvent rester dans ces états excités en raison de certaines de leurs propriétés quantiques qui leur interdisent de descendre à un niveau d'énergie plus faible en émettant des rayons gamma.

Isotones - Nucléides avec le même nombre de neutrons mais des nombres de protons différents.

Isotopes - Tous les nucléides d'un élément particulier (ayant le même nombre de protons), mais avec des nombres différents de neutrons sont appelés isotopes de cet élément. Ainsi 12C et 14C sont différents isotopes de carbone.

Leptons - L'une des deux familles de particules élémentaires dans la nature. Elle comprend l'électron, le muon et le tau, avec leurs neutrinos correspondants.

Limites d'existence - Ce sont les limites sur un diagramme de Segrè, ou carte des nucléides, au-delà desquelles il n'existe pas de noyaux. Appelées ainsi parce que c'est comme si des nucléons insérés dans un tel noyau en sortent aussitôt.

Longueur d'onde - La distance entre deux crêtes consécutives (ou creux) d'une onde. Elle est inversement proportionnelle à la fréquence de l'onde. Pour un rayonnement électromagnétique, la longueur d'onde est égale à la vitesse de la lumière divisée par la fréquence.

Matière nucléaire - Grosso modo, la substance des noyaux. C'est parce que la matière nucléaire est incompressible que la densité des protons et des neutrons au centre du noyau est sensiblement la même pour tous les noyaux, à l'exception des très légers. Pour la même raison, les étoiles à neutrons ont la même densité que nous trouvons au centre des noyaux.

Mécanique quantique - L'ensemble des lois physiques qui régissent le comportement du monde subatomique. Cela a commencé avec les idées de Max Planck et Albert Einstein au début du XXe siècle et a été développé en une théorie mathématique complète au milieu des années 1920 par Niels Bohr, Erwin Schrödinger et Werner Heisenberg. D'autres physiciens tels que Paul Dirac, Max Born et Wolfgang Pauli ont apporté des contributions majeures. Alors que la mécanique quantique est la théorie la plus réussie dans la science, qui sous-tend une grande partie de la physique moderne, la chimie, l'électronique et la science des matériaux, ses prévisions restent étranges et contre-intuitives, surtout quand rencontrées pour la première fois.

Méson - Particule subatomique qui peut être considérée comme le porteur de la force nucléaire forte entre les nucléons dans les noyaux. Il existe différents types de mésons et ils peuvent être neutres, chargés positivement ou négativement. Il est maintenant connu que les mésons sont, comme les nucléons, eux-mêmes constitués de quarks. Mais contrairement aux nucléons, qui sont constitués de trois quarks, les mésons contiennent un quark et d'un anti-quark.

Neutrino - Une particule très légère émise lors de la désintégration bêta. Son nom signifie "petit neutre" et jusqu'à récemment, on pensait qu'il n'avait aucune masse (comme le photon). On sait maintenant qu'il existe trois types de neutrinos, ainsi que leur anti-particules correspondantes, mais c'est le plus léger de ceux-ci qui est émis par les noyaux.

Neutron - L'autre constituant des noyaux, avec les protons; il a une masse très légèrement supérieure à celle du proton mais est électriquement neutre. Les neutrons ne peuvent pas survivre longtemps à l'extérieur des limites du noyau et se désintégrent par radioactivité bêta, c'est-à-dire se transforment en protons et anti-neutrinos, après une dizaine de minutes.

Niveaux d'énergie - Les valeurs discrètes (quantifiées) d'énergie qu'un noyau peut avoir. Chaque type de noyau présente un diagramme unique de niveaux d'énergie. Atomes et molécules ont également des diagrammes uniques de niveaux d'énergie.

Nombres magiques - Des nombres particuliers de protons ou neutrons amènent à des noyaux avec une stabilité accrue par rapport aux noyaux voisins. Pour les neutrons, ces nombres sont 2, 8, 20, 28, 50, 82 et 126. Ce sont les mêmes pour les protons, à l'exception qu'aucun noyau avec 126 protons n'est connu.

Nombre de masse - Symbole A, le nombre total de protons et de neutrons dans un noyau. A = N + Z, où N est le nombre de neutrons et Z est le nombre de protons.

Noyau borroméen - Un certain type de noyau instable qui agit comme si il était composé de trois parties distinctes; la majeure partie du noyau constitue le cœur, tandis que deux nucléons (des neutrons habituellement) orbitent à l'extérieur du coeur. Ces trois constituants (le cœur plus les deux nucléons) sont maintenus ensemble très faiblement par la force nucléaire forte de telle sorte que si l'un d'entre eux est enlevé alors la force entre les deux restants est trop faible pour les tenir ensemble et eux aussi se désagrégent. Ce comportement est unique dans la nature. Le terme borroméen vient du domaine des mathématiques connues comme la théorie des nœuds dans lesquels les cycles de Borromée sont verrouillés de telle sorte que chacun tient les deux autres ensemble. Des exemples de noyaux borroméens sont 6Il, 11Li et 14Be, qui sont aussi tous des noyaux à halo.

Noyau à halo - Un certain type de noyau exotique découvert dans les années 1980 qui a beaucoup plus de neutrons que l'isotope stable de cet élément. Il en résulte parfois qu'un ou deux neutrons externes sont très faiblement liés au reste des nucléons et donc passent beaucoup de leur temps au-delà de la portée de la force nucléaire forte qui les lie au reste du noyau en premier lieu. Ces noyaux sont très instables et existent uniquement en raison des règles étranges de la mécanique quantique. Les exemples de noyaux à halo à un neutron sont 11Be et 19C, tandis que les noyaux à halo à deux neutrons ont tendance à être borroméen. Les noyaux avec des halos de protons existent également (comme le 8B), mais dans ce cas, la répulsion entre la charge positive du proton et le reste du noyau fait qu'il ne peut pas s'écarter très loin ou il tombe. Ainsi les halos de protons ont tendance à être plus petits que des halos de neutrons.

Noyaux super-lourds - Noyaux avec un Z dans la région de 110 ou plus haut.

Nucléide - Un noyau d'un nombre donné de protons et de neutrons. Il y a environ 7000 nucléides possibles, dont seulement quelques centaines sont stables.

Nucléon - Terme général pour un proton ou un neutron.

Numéro atomique - Symbole Z, le nombre de protons dans le noyau. Egalement le nombre total d'électrons dans un atome neutre, étant donné que, si les charges sont équilibrées, le nombre d'électrons à l'extérieur du noyau doit être égal au nombre de protons dans le noyau.

Particle alpha - Le noyau de l'atome d'hélium contenant deux protons et deux neutrons. C'est un noyau très stable et est émis en un seul morceau par de nombreux noyaux plus lourds dans un processus connu sous le nom de décroissance alpha. Les particules alpha étaient connues avant qu'il soit compris qu'elles sont constituées de protons et de neutrons. Elles sont également des atomes d'hélium doublement ionisés, soit des atomes d'hélium dont il manque deux électrons.

Particule delta - Une relation du nucléon, cette particule peut être considéré comme un état excité du nucléon avec une masse un peu plus grande.

Photomultiplicateur - Un détecteur de photons très sensible, capable de mesurer l'énergie dans une impulsion de lumière très faible. Il fait partie d'un détecteur de scintillation pour mesurer les rayons gamma. L'impulsion de lumière est générée comme une scintillation.

Photon - Une seule particule de lumière. Einstein a proposé en 1905 que la lumière vienne en paquets ou quanta de lumière, comme une explication de l'effet photoélectrique, par lequel la lumière peut enlever des électrons de la surface d'un métal. Ensemble, avec les travaux de Max Planck, cela a marqué le début de la vieille théorie quantique dans laquelle la lumière est considérée comme composée de quantités discrètes. Plus tard, il a été constaté que ces paquets d'énergie lumineuse ont les mêmes caractéristiques que des particules, telle qu'apparaissant en un seul point dans les détecteurs, et ils sont depuis connus comme les photons.

Pion - Le méson le plus léger, avec une masse juste au-dessus d'un huitième de la masse du nucléon.

Plasma de quarks et de gluons - Lorsque la matière nucléaire est portée à une température élevée et soumise à une énorme pression, comme cela se passe dans des collisions à très haute énergie entre les noyaux lourds, les frontières entre les nucléons disparaissent et les quarks et les gluons en leur sein forment une sorte de soupe. L'univers est très brièvement passé par une phase quark-gluon avant que les protons et les neutrons émergent après le Big Bang.

Positron - L'anti-particule de l'électron. Il a la même masse que l'électron mais avec une charge électrique opposée (positive). Le rayonnement bêta venant de noyaux se se compose d'électrons ou de positrons avec des neutrinos (presque) indétectables.

Principe d'incertitude - Une des idées fondamentales de la théorie quantique, exprimée au préalable par le physicien allemand Werner Heisenberg, stipule que pour tout objet certaines paires de propriétés, telles que la position et le moment, ne peuvent pas être connues avec précision en même temps. Toutefois, cette fonctionnalité n'est pas le résultat de la «maladresse» inévitable de notre appareil de mesure quand il en vient aux objets subatomiques, mais plutôt une propriété inhérente aux objets eux-mêmes.

Proton - L'un des constituants du noyau et le seul constituant de noyau le plus léger, l'hydrogène. Il a une charge positive du même ordre de grandeur que la charge négative d'un électron, et une masse près de deux mille fois plus lourde que celle de l'électron. Chaque atome neutre contient autant de protons dans son noyau que d'électrons en orbite à l'extérieur.

Quark - Particules composantes des protons, neutrons, mésons et autres hadrons. Ils ne peuvent pas exister isolés, eà l'extérieur des hadrons. Le proton est constitué de deux quarks "up" (haut), chacun avec une charge positive équivalent à 2/3 de la charge d'un électron, et un quark "down" (bas), avec une charge négative d'1/3 de la la charge d'un électron; le neutron possède deux quarks bas et un quark haut, ce qui en fait une particule neutre.

Rayon X - Une forme de rayonnement électromagnétique avec des longueurs d'onde plus courtes que l'ultraviolet, mais plus longues que les rayons gamma. Etant donné que la longueur d'onde du rayonnement est lié à l'énergie, cela signifie que les photons de rayons X sont moins énergétiques que les photons de rayons gamma. Cependant, il n'y a aucune ligne de démarcation nette entre les deux. Les rayons X ont des longueurs d'onde comprises entre environ 10 nanomètres jusqu'à 10 picomètres.

Rayonnement bêta - Le vieux nom donné aux électrons, ou poistrons, émis par des noyaux lors du processus de décroissance bêta.

Rayonnement électromagnétique - Tout rayonnement constitué de champs électriques et magnétiques autonomes. Tout rayonnement électromagnétique se déplace dans le vide à la même vitesse; la vitesse de la lumière. Lumière, ondes radio, ultra-violet, gammas et rayonnements infrarouges sont fondamentalement les mêmes, ne différant que par la fréquence et la longueur d'onde. Toutes leurs effets différents sur la matière proviennent de la différence de fréquence et donc de la différence d'énergie des photons.

Rayonnement gamma - Un photon de haute énergie (particule de lumière), émis par des noyaux atomiques quand ils se trouvent dans un état excité instable. Les rayons gamma peuvent également être absorbés par les noyaux qui deviennent alors excités.

Réaction en chaîne - Quand un noyau d'uranium est induit à subir la fission par l'absorption d'un neutron, il libérera lui-même quelques neutrons. Ceux-ci peuvent alors, à leur tour, inciter d'autres noyaux à subir la fission, et ainsi de suite, pour l'ensemble d'un volume important de l'uranium. Ceci est une réaction en chaîne de neutrons.

Scintillateur - un détecteur de particules dans lequel la lumière est détectée à partir de scintillations et mesurée avec des photomultiplicateurs.

Scintillation - Le flash de lumière quand un rayon gamma ou de particules nucléaires frappe certaines substances.

Spallation - Quand un proton de haute énergie ou un autre projectile frappe un noyau, il est susceptible de se briser, en produisant une série de noyaux légers. Des noyaux tels que 6Li sont soupçonnés d'avoir été produits dans les réactions de spallation dans l'espace interstellaire.

Spectre - Une représentation montrant comment la force (ou la luminosité) de rayonnement électromagnétique provenant d'une source donnée est fonction de sa longueur d'onde. Se réfère également à la bande de couleurs que nous voyons lorsque la lumière ou d'autres rayonnements sont séparés selon leur fréquence (ou longueur d'onde); l'exemple le plus connu est le spectre de la lumière visible en arc en ciel.

Spectromètre - Un instrument qui sépare un rayonnement selon ses différentes longueurs d'onde (ou ses fréquences). Étant donné que chaque noyau ou chaque atome différent rayonne selon différents ensembles de longueurs d'onde, un spectromètre permet d'identifier les atomes ou les noyaux qui sont présents dans un échantillon. En outre, le diagramme particulier de longueurs d'ondes fournit des informations vitales sur l'atome ou le noyau à partir duquel il a rayonné.

Supernova, type Ia et type II - Une supernova est l'explosion catastrophique d'une étoile dans laquelle elle émet brièvement autant de rayonnements que toutes les étoiles de sa galaxie. Une supernova de type Ia a lieu quand le compagnon d'une étoile naine blanche apporte suffisamment de matière à la naine blanche jusqu'à ce qu'elle dépasse la masse maximale qu'une telle étoile peut avoir. Une supernova de type II a lieu lorsque le combustible nucléaire dans une étoile géante est épuisé. La pression des radiations des réactions nucléaires ne peut plus retenir l'étoile, donc elle s'effondre vers l'intérieur. Elle explose alors du fait de l'incompressibilité de la matière nucléaire, libérant de grandes quantités d'énergie, un flot de neutrinos et beaucoup de matière dans l'espace. De nombreux éléments dont nous et le système solaire sommes composés ont été produits dans des explosions de supernovae il y a des milliards d'années.

Synchrotron - Développé à partir du cyclotron pour des énergies beaucoup plus élevées et impliquant une trajectoire circulaire plutôt qu'en spirale. Les synchrotrons peuvent accélérer des particules chargées à peu près à la vitesse de la lumière.

Théorie de la relativité - La théorie d'Einstein est basé sur deux idées; (I) que la vitesse de la lumière dans le vide est toujours la même, peu importe à quelle vitesse vous vous déplacez par rapport à la source de la lumière, et (ii) les lois de la physique sont les mêmes, peu importe à quelle vitesse votre laboratoire est en mouvement à une vitesse constante. Une conséquence est que la masse m et l'énergie E sont équivalents, et que E=mc2.

Tokamak - Un appareil pour produire la fusion nucléaire sur la Terre. Il se compose d'une chambre à vide sous la forme d'un tore ainsi que de gros aimants pour maintenir les ions interagissants sur des trajectoires fermées, par l'intermédiaire du vide.

Transfert d'isotope - Le spectre optique d'un atome dépend presque entièrement des électrons à l'extérieur du noyau, mais la taille du noyau a un effet minuscule mais mesurable. Cela signifie que des mesures précises des spectres optique d'atomes nous permettent de mesurer la taille du noyau. Ceci est très utile pour les noyaux qui vivent trop peu de temps pour effectuer des mesures fondées sur la diffusion des électrons.

Unité de masse atomique (amu) - L'unité conventionnelle pour exprimer la masse des noyaux. Elle correspond à un douzième de la masse d'un atome de carbone neutre, 12C. La masse d'un noyau en amu est approximativement égal au nombre de masse du noyau.

Vallée d'énergie (nucléaire) - Tous les noyaux n'ont pas la même quantité d'énergie par nucléon. Si tous les noyaux sont agencés selon N et Z, comme dans une carte des nucléides, et une ligne est soulevée à partir de la position de chaque noyau, proportionnelle à l'énergie par nucléon, les sommets de ces lignes forment une surface prenant l'aspect d'une vallée. Les noyaux stables sont à proximité du fond de la vallée. Les noyaux plus haut dans la vallée subiront des transformations radioactives, perdant de l'énergie et glissant sur les côtés de la vallée.