Mise à jour 14 Dec 2020.

CONFÉRENCE MENSUELLE (à distance) DE LA SAF

De Marco ZITO du LPNHE
(Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies).

« DANS LE TOURBILLON DES PARTICULES

La découverte des particules élémentaires et
des forces fondamentales de l’Univers »

Organisée par la SAF

Par Téléconférence, due au confinement virus

Le Mercredi 9 Décembre 2020 à 19H00

Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire

La présentation est disponible sur ma liaison ftp , rentrer le mot de passe, puis CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2020/2021 ; elle s’appelle : M-ZITO-SAF-9dec2020.pdf.   

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

La vidéo de la réunion est accessible ICI.

Les conditions étant particulières en cette période de circulation du virus COVID-19, je n’ai pas de photo de groupe bien sûr, mais j’ai pu faire une photo partielle des participants (voir plus bas).

De plus l’exposé étant très clair, je vous suggère de vous y reporter si vous avez des questions.

BREF COMPTE RENDU

Cette conférence transmise par zoom était limitée à 100 personnes et effectivement il y eut 103 spectateurs, les autres, pouvaient quand même voir la conférence en direct sur le canal YouTube SAF sans s’inscrire.

Le LPNHE (ou IN2P3) se trouve sur le campus de Jussieu et nous avons eu l’occasion de le visiter déjà plusieurs fois.

LE MONDE DES PARTICULES ÉLÉMENTAIRES.

Rappel général sur la structure de la matière :

La matière est composée d'atomes, qui sont composés d'électrons, de protons et de neutrons,

qui sont eux-mêmes constitués de quarks  Illustration : CERN

Et sur l’histoire de l’Univers :

Évolution de l’Univers depuis la singularité (Bog Bang) jusqu’à nos jours. (Crédit LBNL)

NdlR : on peut consulter l’histoire du Big Bang si on le souhaite avec cette ancienne présentation ou celle-ci.

LE MODÈLE STANDARD DE LA PHYSIQUE DES PARTICULES.

Marco Zito, nous présente un modèle très original pour introduire les différentes particules élémentaires.

Contrairement aux représentations classiques, celle-ci est basée sur différents cercles.

Il en existe deux catégories qui correspondent aux deux premiers cercles :

Les FERMIONS (cercle extérieur) et

Les BOSONS (cercle intérieur bleu).

Fermions et Bosons correspondent à des particules obéissant à des lois totalement différentes. Les Fermions ne peuvent pas être au même endroit avec les mêmes propriétés

Les Bosons peuvent être ensemble dans un même état physique

Les Fermions sont des particules liées à la matière, ce sont tout ce que l’on connaît : quarks (qui constituent les protons et les neutrons), électrons, neutrinos, …

Les Bosons, sont principalement les « messagers » des Forces de la nature (qui sont au nombre de 4) et sont responsables des interactions, le photon est le plus connu de tous

On peut résumer : Fermion = matière ; Boson = rayonnement !

Au centre une particule, ou plutôt un champ un peu spécial, le Higgs, qui confère une masse à toutes les particules.

En effet, au tout début de l’Univers, les particules seraient produites sans masse, et c’est l’interaction avec ce champ de Higgs qui leur donnerait une masse.

LA LUMIÈRE ET LES QUANTAS.

C’’est Max Planck qui au début du siècle dernier émit l’hypothèse que la lumière et plus généralement les échanges d’énergie s’effectuaient par « paquets » multiple d’une valeur minimum appelée quanta (grain de lumière).

Plus tard on prouva aussi que la lumière pouvait être une onde ET une particule.

Une particule est plus qu’une simple boule imagée qui se propage, c’est en fait beaucoup plus complexe, une particule est un objet mathématique, une fonction d’onde.

Elle est définie par des nombres quantiques comme la charge, le spin, etc..

LES 4 FORCES FONDAMENTALES DE LA NATURE.

Ce sont de la plus faible à la plus forte :

·         La gravitation : la colle de l’Univers

·         La force faible : responsable de la désintégration radioactive

·         La force électromagnétique : la colle des atomes

·         La force forte : la colle nucléaire.

Tableau : IN2P3.

UN APARTÉ SUR LES NEUTRINOS.

Si toute la matière semble être faite de neutrons, protons et électrons, on ne se rend peut-être pas compte que cet ensemble est très minoritaire ; car pour chaque proton, il y a 1 milliard de neutrinos.

Notre corps est traversé chaque seconde par 100.000 milliards de neutrinos solaires.

D’autre part, notre même corps contient 30 millions de neutrinos originaires du Big Bang !

Le neutrino interagit très très peu ; sa probabilité d’interaction avec un humain est par exemple de 10^-16 !!

Sa détection est pour le moins…..difficile !

On sait que parmi les quatre forces fondamentales de la nature : Gravitation, électromagnétisme, force forte et force faible, le neutrino n’est sensible qu’à la force faible (et à la gravitation comme tout le monde bien sûr).

Mais oublions la gravitation pour le moment.

Un neutrino sur 10.000 milliards est intercepté par la Terre, il faut donc un débit énorme de neutrinos si on veut en détecter quelques-uns, alors où les trouver ?? Près d’une centrale nucléaire bien sûr ! C’est comme cela que les premiers neutrinos ont été détectés. Le Soleil est aussi une puissante source de neutrinos.

Longtemps on a pensé que les neutrinos étaient sans masse,

En fait il faut se rappeler qu’il existe (au moins ?) trois sortes de neutrinos (trois saveurs) :

·         Le neutrino électronique,

·         Celui associé au muon et

·         Celui associé au Tau.

Les neutrinos peuvent changer spontanément de saveur au cours de leur voyage (oscillation).

Les plus puissantes émissions de neutrinos sont liées aux explosions d’étoiles massives, les super novae.

99% de l'énergie dégagée lors de l'effondrement est rayonnée sous la forme de neutrinos (contre 0,01% pour les photons), et 1% seulement en énergie cinétique, en quelques secondes.

Parmi les milliards de milliards de neutrinos émis seuls quelques-uns seront détectés.

LES DÉTECTEURS DE PARTICULES.

Aux plus anciens détecteurs comme les chambres à bulles, ont succédé des monstres comme les accélérateurs de particules (par exemple le LHC au CERN) ou des détecteurs spécifiques enfouis sous terre pour se protéger des particules parasites.

C’est au CERN d’ailleurs que l’on a fait les premières grandes découvertes :

·         Les particules W et Z des interactions proton-antiproton

·         Le boson de Higgs

Une compréhension unifiée de la matière :

Mais rien n’est simple, nous ne sommes pas au bout de l’histoire, il reste encore des mystères comme :

·         La matière sombre qui compose la plus grande partie de la matière de l’Univers

·         L’énergie sombre qui elle compose la grande majorité de l’Univers

·         Nous avons encore à apprendre des neutrinos

Nous ne savons même pas de quoi elles sont composées.

Les lois physiques sont-elles toujours valables ??

Bref à suivre…….

POUR ALLER PLUS LOIN :

Le LHC et le monde des particules : CR de la conférence VEGA de M Spiro du 22 Nov 2014

Colloque particules : CR de cette session à l’Institut du 18 Avril 2017.

S Katsanevas Astroparticules CR conférence aux RCE 2008

Pleins feux sur la matière noire : CR de la conf IAP de N. Pal. Delabrouille du 4 sept 2018

Les particules élémentaires et les forces entre elles par l’ENS Lyon.

Physique et particules au CERN.

Les neutrinos : CR de la conf SAF de Th Lasserre du 10 Juin 2020. 

Les neutrinos de l’Univers : CR de la conf SAF (Cosmo) de Th Lasserre du 18 Janvier 2014.

Le mystère des neutrinos : CR de la conf SAF de D Vignaud du 16 Déc 2009.

Oscillating Neutrinos : CR conf Prix Nobel de Physique 2015 à la Sorbonne du 6 Avril 2016

Le monde étrange des neutrinos : CR de la conférence SAF de Th Lasserre du 10 Dec 2014.

Ouvrages :

Dans le tourbillon des particules de M Zito chez Belin

Supernova, le dernier éclat de l’étoile disparue de M Zito chez Belin

La matière noire, clé de l’Univers ? par F Combes chez Vuibert

Higgs, le boson manquant par S Carroll chez Belin.

Passeport pour les deux infinis chez Dunod.

Bon ciel à tous

Prochaine conférence SAF : le mercredi 13 Janvier 2021  19H00   en visio canal YouTube SAF

C. Rinner et M.Ory astronomes amateurs et chasseurs d’astéroïdes et de comètes, nous parlent
du « Télescope automatique MOSS » et de ses résultats.

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com

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