D'après vous, existe-t-il une vraie

relation entre l'infiniment petit …

… et l'infiniment grand ?

Pour répondre à votre question, et bien qu'aucune preuve ne vienne le confirmer, je

dirais qu'il est très tentant de faire des parallèles entre l'infiniment petit et

l'infiniment grand. Il semble qu'à mesure que les

hommes construisent des télescopes pouvant explorer des mondes de plus en plus lointains, et des microscopes pouvant scruter le coeur

des atomes, nous allons de surprise en surprise. Il y a toujours, d'un côté comme de

l'autre, des structures encore plus grandes ou encore plus fines que nous l'avions imaginé. Comme nous l'observons, l'univers change

d'échelle, comme pour nous narguer. 

Quant à savoir s'il existe une relation entre les grandes et les petites structures, le seul lien que je peux voir entre les deux est l'énergie.

L'énergie responsable de tout; des amas galactiques (force gravitationnelle), à l'atome (forces atomiques). Le lien véritable pourrait

être établi s'il pouvait être démontré que la matière peut être créée

à partir du vide quantique. http://www.dialogus2.org/EIN/infiniment.html

L’origine et la structure ultime de la matière

Manipuler l’infiniment petit pour comprendre l’infiniment

grand

Que sommes-nous ?

Nous sommes faits de vide !

Nous sommes nés de poussières !

Nous sommes immatériels !

Pas grand-chose …

Nous sommes faits de videLa majeur partie du corps humain est composée d'eau.

L’atome: électron et noyau0,000000001 mètre

10-10La tome de Savoie

0,1 mètre 10-1

H

O O

Si on grossissait mille milliards de fois un atome d'hydrogène:

L’atome occuperait un volume de 100m de diamètre

50m

Le noyau aurait une taille de 1mm et une masse de 1,7 millions de tonnes !

Nous sommes faits à 99,9999% de vide … et encore …

Si l'atome était un stade, le noyau serait une (petite) mouche au centre

et les électrons seraient à la place des spectateurs, chacun ayant la taille

d'un grain de poussière !!!

Nous sommes nés de poussières

Seuls les éléments légers ont été créés lors du Big Bang en 3 minutes (nucléosynthèse primordiale)…

99% des éléments dans l’Univers:

proton:

neutron:

75% H

25% He

Nous sommes nés de poussières

Les éléments plus lourds ont été synthétisés au cœur des étoiles …

Et ont été dispersés dans l’espace lors de l’explosion des étoiles.

L’atome : 10-10 mètres

Le noyau : 10-14 mètres

L’atome : 10-10 mètres

Le noyau : 10-14 mètres

Les protons et les neutrons10-15 mètres

L’atome : 10-10 mètres

Le noyau : 10-15 mètres

Les quarks: structure ultime de la matière ?10-18 mètres

Les protons et les neutrons10-15 mètres

Nous sommes immatériels !

La masse de chaque quark ne représente qu’une petite fraction de la masse du proton !!

Le reste de la masse des p/n (donc notre masse) vient de l’énergie du vide « figée » lors du Big Bang

A la poursuite des constituants élémentaires

… des objets simples et sans structure sous jacente

L’intuition de Démocrite : des atomes éternels, variables en taille, masse, forme et capables de se combiner entre eux pour expliquer la diversité des substances que l'on rencontre dans la nature.

A la poursuite des constituants élémentaires

… le temps des philosophes

Platon, Aristote: la pensée dominante

eauétat liquide

feuchaleur

terreétat solide

airétat gazeux

A la poursuite des constituants élémentaires

… le temps des alchimistes

éléments de contrôle (sel, soufre, mercure) et métaux

eauétat liquide

feuchaleur

terreétat solide

airétat gazeux

A la poursuite des constituants élémentaires

… le temps des chimistes

XVIII siècle: Les chimistes (Boyle, Cavendish, Lavoisier) et la renaissance de l’hypothèse atomique (Dalton): l’eau, l’air, le sel sont composites

L’eau n'est pas un élément, mais est décomposable en éléments

A la poursuite des constituants élémentaires

… le temps des chimistes

XIX siècle: Mendeleïev classe les éléments, chaque élément a son type d’atome

A la poursuite des constituants élémentaires

… le temps des physiciens

XX siècle: La physique moderne mathématique et empirique devient quantique… constituants ultimes ?

A la poursuite des constituants élémentaires

1

10

100

Nom

bre

de c

on

stit

uan

ts é

lém

en

tair

es

0-1000 1000 1500 1800 1900 1950 1980 2000 2200

terre, air, feu, eau

soufre, sel, mercure

éléments chimique

s

électron, proton

particules subatomiqu

es

quarks et leptons

Le Modèle Standard

e- e

Nombre de particules :

quarks

up down électron neutrino

leptons

famille 1

234

charme étrange

top beauté

8

-

muon

-

tau

famille 2

famille 3

12

u d

c s

t b

24

u d

c s

t b

e+ e

+

+

48

3 charges de couleur possible pour les

quarks

A chaque particule est associée une

anti-particule

Le Modèle StandardDes particules élémentaires… mais pas constituantes !Toutes les particules ne sont pas égales vis-à-vis des interactions…

… classement des particules élémentaires selon leurs propriétés d’interaction

4 interactions Gravitation

Électromagnétique: atome (charge

électrique)

Faible: désintégration n en p

Forte: cohésion du noyau (quarks)

PET, 14C, énergie des étoiles (combustion H en He)

L’échange d’une particule messagère est responsable de la

force

L’échange du ballon génère une force répulsive

e- e

quarks

up down électron neutrino

leptons

charme étrange

top beauté

-

muon

-

tau

u d

c s

t b 3600

10 20

4003000

9400350000

1

210

charge électrique

photon

Nombre de particules :4849

charge de couleur

8 gluons g

57

W+, W-, Z0

60

Quel est ce vide dont nous sommes faits ?

• Le vide quantique est peuplé de particules et d’anti-particules dans un état virtuel et fluctuant de façon chaotique et spontanée.

• Il est constitué d’une infinité d’états virtuels qu’une simple excitation peut révéler

Quel est ce vide dont nous sommes faits ?

• Ce vide, vibrant de créations et de destructions continuelles, contiendrait ainsi la potentialité de toutes les formes existantes de notre univers.

• Le vide quantique est ainsi l’état latent de la réalité. Et la matière, sous l’œil attentif de l’observateur, en est l’état manifesté.

Est-ce que les particules de force et les particules de matière sont 2

représentations d’une particule plus élémentaire encore ?

Pourquoi 4 interactions ?électromagnétique = électrique + magnétique (Maxwell, 1862)

forte

faible

EM

gravitation

Pourquoi 4 interactions ?Électrofaible = electromagnétique + faible (Weinberg, Salam, 1967)forte

faible

EM

gravitation

électrofaible

Pourquoi 4 interactions ?Electronucléaire = électrofaible + forte (grande unification?)forte

faible

EM

gravitation

électrofaible

électroforte

Pourquoi 4 interactions ?superforce = électroforte + gravitation (théorie du tout ??)forte

faible

EM

gravitation

électrofaible

électroforte

superforce

forte

faible

EM

gravitation

électrofaible

électroforte

superforce

température de l’univers (0K)

3 1015 1027 1032

age de l’univers (s)

13,7×109 années

10-35 10-4310-12

Quelle est la place de la matière dans l’Univers ?

Particules élémentaires0,2%

Atomes, étoiles, gaz diffus 4%

Matière sombre exotique(neutrinos, neutralinos,…)

30%

Énergie sombre (énergie du vide,…)

66%

Nous ignorons le pourquoi et le comment pour 4% de l’Univers

Nous ne savons même pas de quoi sont faits les 96% restants

Remontons aux origines…

Le Big Bang est à l’origine de notre univers

Temps, espace et matière sont créés à partir de l’énergie du vide !

Le Big Bang est à l’origine de notre univers

Temps, espace et matière sont créés à partir de l’énergie du vide !

• Progresser dans notre connaissance de l’infiniment petit…– Masse des particules élémentaires ?– La structure du vide ?– Y-a –t-il plus élémentaires que quarks, leptons et

particules messagères des forces ?– Une seule force à l’origine de toutes les autres ?– Le nombre de dimensions de l’univers ?– Les quarks prisonniers à jamais dans les protons

et neutrons ? Comment ? Pourquoi ?– La disparition de l’antimatière ?

• Pour mieux comprendre l’infiniment grand…– Que sommes nous, d’où venons nous et où

allons nous ?

Comment? En se rapprochant des conditions du Big Bang

• Concentrer de l’énergie pour créer de nouvelles particules

E = mc2

• Chauffer la matière dans le noyau atomique pour recréer de la matière primordiale

• Grâce aux accélérateurs de particules

2. L’énergie de la collision se matérialise sous forme de quarks et gluons

1. Les noyaux accélérés vont subir une collision frontale

Mini Bang(s)

3. Les quarks et gluons interagissent sous l’effet de l’interaction forte: la matière tend vers l’équilibre

4. Le système de dilue et se refroidit

5. Quarks et gluons condensent pour former des hadrons

Aéroport deGenève

LHC:LHC: • 27 km27 km de circonférence• des particules à la vitesse de la lumièrevitesse de la lumière• 80008000 collisions … par seconde• détecter 2000020000 particules à chaque collision• identifier les événements intéressants en moins d’un dix millième de secondedix millième de seconde

• enregistrer l’équivalent d’une encyclopédie encyclopédie toutes les 3 secondes3 secondes• analyser l’équivalent d’une pile de CD de 5km5km

Le CERN

• “… un organisme qui pourrait être doté de ressources supérieures à celles des laboratoires nationaux, et pourrait, en conséquence, entreprendre des projets … au-delà de leurs possibilités individuelles…”

(Louis de Broglie, Lausanne, 1949)

• 29 septembre 1954, les représentants des 12 Etats fondateurs du CERN ratifiaient la Convention de l'Organisation.

• Le CERN: Prototype de Collaboration Européenne.

1) Produire des faisceaux de particules de haute énergie (accélérateur)

La méthode

2) Produire des collisions des particules

La méthode

3) Identifier les particules créées avec des Détecteurs

La méthode

3) Prendre des données et les analyser

La méthode

Le défi pour ALICE

• Observer un phénomène extrêmement bref (10-23 s)– Qui dure dans une seule seconde autant qu’un

éclair dans les 13,7 milliards d’années écoulées de puis le Big Bang

– Crée une température plus de 100000 fois celle régnant au cœur du soleil (15 millions de degrés)

– Compacte la matière de façon telle que la pyramide de Kheops teindrait dans une grosse tête d’épingle.

Ce à quoi il faut s’attendre avec ALICE

Une collision : Pb+Pb @ 5.5 TeV10.000 particules

Observer le phénomène• Juste pour rire …

– Imaginons une planète gelée où l’eau n’existe qu’à l’état de glace ; – La glace n’est présente que sous forme quantifiée : les glaçons ; – Des théoriciens soutiennent que la glace peut exister, dans

certaines conditions de température, sous forme liquide ;– La seule façon de chauffer la glace est d’écraser les glaçons les

uns contre les autres ; – Les expérimentateurs fabriquent donc deux gros paquets de

glaçons contenant chacun 100 millions de glaçons ; – Ils frappent ces paquets l’un contre l’autre 1 million de fois par

seconde ; – Ils arrivent ainsi à réaliser chaque seconde 8.000 collisions glaçon-

glaçon ;– L’observateur qui est chargé de raconter ce qui se passe est

installé sur autre planète éloignée autant que Mars l’est de la Terre …

• En divisant les dimensions par un facteur 1013, nous devenons l’observateur du LHC.

•1000 physiciens, ingénieurs, étudiants et techniciens de 90 Instituts de 30 pays différents

• 1515 années d’études et de construction et 10 années d’exploitation

•16 m de haut, 26 m de long, 10000 tonnes*, 100 millions d’Euros

• Une technologie de pointe avec de nombreuses retombées (micro électronique, médecine, sciences de l’information,…)

•1000 physiciens, ingénieurs, étudiants et techniciens de 90 Instituts de 30 pays différents

• 1515 années d’études et de construction et 10 années d’exploitation

•16 m de haut, 26 m de long, 10000 tonnes*, 100 millions d’Euros

• Une technologie de pointe avec de nombreuses retombées (micro électronique, médecine, sciences de l’information,…)

et pour conclure… • La science est une partie importante du patrimoine

(culturel) de l’humanité.

• Pour un grand nombre de problèmes que la société va devoir résoudre dans un futur assez proche, elle devra faire appel à la science :– Problème de l’énergie et faire en sorte que le planète reste

habitable– Disponibilité de l’eau, de la nourriture, de l’éducation, etc. – Lutte contre les maladies, etc.

• Toutefois, comme le disait Robert Oppenheimer, si c’est au scientifique de découvrir les lois de la Nature, ce n’est pas à lui de décider de la politique à suivre.

• La science représente l’une des plus nobles et ambitieuses entreprises de l’être humain, qui en essayant de découvrir la nature de l’Univers dans lequel il vit et dont il fait partie, essaie en fait de se découvrir lui-même et de comprendre son rôle dans ce monde extrêmement déconcertant.

De la difficulté de faire des prévisions

Lord Rutherford, 1933

Lord Kelvin, 1895

C. Duell, Commissaire, Bureau des Brevets Américains, 1899

Thomas Watson, Président d'IBM, 1943

Ken Olsen, Président et Fondateur de Digital Equipment Corp., 1977

Il n'y a aucune raison pour qu'un particulier ait un ordinateur à la maison

Je pense qu'il y a un marché pour peut-être cinq ordinateurs dans le monde

Tout ce qui peut être inventé a déjà été inventé

Il est impossible que des machines plus lourdes que l'air puissent voler

Prétendre que la transformation de ces atomes puisse résulter en une source d'énergie n'est que fadaise