De l’infiniment petit à l’infiniment grand

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

De l’infiniment petit à l’infiniment grand

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