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MasterClasses 2011, Orsay LAL, le 14 mars 2011
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DE L’INFINIMENT PETIT À L’INFINIMENT GRAND
Sylvie Dagoret-CampagneLAL
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Introduction Qu’est ce que la matière ? Où est t’elle dans l’univers ? Y a-t-il autre chose ? (restant dans le
champs de la physique )
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L’époque des chimistesMendeleïev 1834-1907
1891
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Découverte de l’électron
Joseph John Thomson1856-1940
Étude de rayons cathodiques déviés par un champs électrique transverse
• découverte de l’électron en 1898 comme particule,
• l’atome n’est pas insécable (1904)
A ce jour, on n’a jamais prouvé que l’électronavait une structure interne (taille inférieure à 10-18 mètres): l’électron est élémentaire Modèle de l’atome
dans les années 1900
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La préhistoire des particules : la radioactivité Trois types de désintégrations:
, β, γImpression des selsd’Uranium en 1896Becquerel 1852-
1908
Verre deRadiumFabriquéindustriellement
Radium1898
Marie Curie 1867-1934
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Découverte de l’atome et de sa véritable nature
Rutherford : 1871-1937 Modèle planétairede Bohr
OrbitalesAtome d’hydrogène1909 : Rutherford, Geiger et Marsden
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Découverte des rayonnements ionisants dans l’atmosphère donc des rayons
cosmiques 1883-1964 : Victor HessVictor Hess : 1911
électroscope
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Découverte de particulesDécouverte du positron par Carl David AndersonDans une chambre à brouillard en 1932 Anderson 1905-1991
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Découverte du muonC. Anderson et S. Neddermeyer en 1937
neddermeyer
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Découverte de particules qui se désintègrent
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Cascade de particules : gerbe
Petite gerbe observée dans une chambre à brouillardGerbe observée dansUne émulsion photographique
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Découverte des grandes gerbes
Pierre Auger 1899-1993
Détecteurs distantsDe 100 m
Gerbe atmosphérique
Découverte des grandes gerbes en 1938
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Flux de rayons cosmiquesExpériencesEn satellitesOu ballons
ExpériencesAu sol
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L’observatoire Pierre Auger
CentaurusA
Image d’artisteD’une galaxieactive
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Le futur : Observation depuis l’espace vers 2020 ?
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Pourquoi rechercher les hautes énergies ?
Trajectoire des rayons cosmiques dans notre galaxie
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Pause théorie (depuis les années 1920-1930)Théorie de la relativité générale(gravitation, espace, en 1915)
Mécanique quantique(rayonnement, matière, comme ingrédientsDe l’espace)
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La relativité générale et gravitation
L’énergie c’est de la masse
E = MC2
La masse courbe l’espace-temps
La question c’est qu’est ce que l’on appelleLa masse (ou l’énergie)- La matière ?
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Regarder loin dans l’espace c’est regarder loin dans le passé de notre Univers
Fond diffuscosmologique
FormationDes grandesstructures
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Observer l’univers dans toutes les longueurs d’ondes
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Scan des galaxies pour savoir où est la matière ordinaire – visible – qui rayonne
5 milliardD’années
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L’essentiel n’est pas dans la matière ordinaire
La matière étudiée dans nos laboratoireNe constitue de 4% de la masse de l’univers
Aujourd’hui, une nouvelle forme de constituant d’origine inconnue appelé matière noire domine et accélère l’expansion l’univers
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Questions au terme du voyage de l’infiniment petit à l’infiniment
grand1. Pourquoi les particules deviennent
massives Masse > mécanisme de Higgs (étude
du LHC)2. Pourquoi la matière a survécu à
l’annihilation ?3. Comment la matière ordinaire (les
neutrons) ont été sauvés de la désintégration ?
4. Comment des inhomogénéités sont nées dans l’univers pour qu’émergent les grandes structures (galaxies, étoiles,…)
5. Quelle est la nature des autres constituents de l’univers:
La matière noire (matière non interagissante donc invisible mais massive – 20 %)
L’énergie noire (sorte de fluide à pression négative qui dilate l’Univers indéfiniment 76% ).
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FIN