mise à jour le 17
Octobre 2004
FÊTE DE LA
SCIENCE UNIVERSITÉ PARIS 7 LABO IN2P3
"De Aristote au Boson de Higgs" par Marc ESCALIER
Le 15 Octobre
2004
Photos : JPM.
BREF COMPTE RENDU
Cette
conférence a pour but de nous familiariser avec les courants de pensée qui ont
depuis la période antique essayé de définir ce qu'était la matière.
Marc Escalier
(Photo) est un étudiant en thèse qui nous parle en fait de quoi est fait le
monde!
Bien évidemment
tout remonte aux Grecs; Leucippe vers 450av JC introduit la notion d'atomes qui
est reprise par Démocrite qui pense que la matière est discontinue et faite de
ces atomes.
Empédocle définit
4 éléments de base : le feu, l'air, l'eau et la terre; Aristote y ajoute
l'éther (vers -350). Thalès se frotte à l'électricité (si j'ose dire), puis un
grand trou et on se retrouve vers le XIème siècle et les chinois et la
boussole.
Galilée vers les
1600 découvrent que les objets de masse différentes arrivent au même
instant au sol quand ils ont été lâché en même temps. Il introduit aussi le
premier le principe de relativité par rapport à un référentiel ; c'est le
fameux exemple de la balle lâchée du haut d'un mat d'un navire en déplacement.
En effet pour
celui qui est à bord du navire la balle tombe tout droit, un observateur sur le
quai voit la balle décrire une parabole.
(dessin
d'après Walter Scheider)
Newton y ajoute
les lois de la gravitation et de l'action et de la réaction, lois auxquelles il
nous a été prouvé par test que notre conférencier y obéissaient. (vidéo d'un
jet de projectile à partir d'un skateboard, que ne faut il pas faire quand on
aime la physique!)
Newton : la lumière est un corpuscule; Huygens :la
lumière est une onde.
Ils ont tous les
deux raisons : De Broglie, Einstein vont l'affirmer plus tard.
Maxwell
unifie les concepts de lumière, d'électricité et de magnétisme; ce sont les
lois de l'électromagnétisme.
Il introduit à
tort le concept d'éther, milieu qui permet à la lumière de se propager.
Heureusement Michelson et
Morley prouvent en 1881 que l'éther n'existe pas, la vitesse de la lumière
dans le vide est la même quelque soit la vitesse de l'observateur.
Entre
temps, Dalton (Averell tais toi!) et Mendeleiev
(le hippie de la photo!!) mettaient au point l'archivage des éléments chimiques
basé sur le concept d'atomes.
En cette fin de 19ème
siècle, il semblait qu'il n'y ait plus rien à découvrir.
Erreur, Thomson va découvrir l'électron qui va nous faire pénétrer
plus profondément dans cet inconnu qu'est l'atome.
Puis
découverte par Rutherford
du noyau de l'atome autour duquel tourne l'électron au cours de sa fameuse
expérience.
(Dessin de gauche
A Bijaoui OCA)
L'atome ressemble
à un système solaire en miniature.
Niels Bohr
le perfectionne avec des énergies quantifiées pour les "orbites"
électroniques.
Les électrons ne
peuvent pas occuper n'importe quelle place autour du noyau, il y a des places
privilégiées déterminées par la théorie des Quanta de Max
Planck.
Chadwick un peu
plus tard introduit la notion de neutron dans le noyau.
Louis
De Broglie établit la relation onde corpuscule pour les
photons (la lumière).
Pauli; Heisenberg;
et Schrödinger mettent au point définitivement la Mécanique Quantique..
Dirac postule qu'une
antiparticule à l'électron doit exister, nous sommes en 1928, il sera découvert
dans les rayons cosmiques 4 ans plus tard. On commence à parler d'antimatière.
Pauli postule lui
en 1930 l'existence d'une particule bizarre, le neutrino, elle serait très petite
et neutre et donc très difficile à détecter. Il ne sera identifié qu'en 1956!!
L'ère des grands
accélérateurs commence; on découvre tout un fatras de particules que l'on croit
élémentaires. Il faut trier maintenant.
Gell-Mann et Zweig
entrent dans le jeu.
On aboutit à
l'introduction de la notion de Quarks, particules en principe
"ultimes" (jusqu'à la prochaine découverte!).
Le royaumes des
particules élémentaires se compose comme sur le tableau joint.:
On arrive à ce que
l'on appelle le Modèle
Standard : il y a des particules liées à la matière (les fermions dont les
électrons et les quarks sont des exemples) et des "messagers" de
force ( les bosons, exemple photon gamma).
Ce modèle standard
introduit les 4 forces fondamentales de la nature :
La gravitation (la pomme qui tombe sur
la tête de Newton!) qui s'exerce partout dans l'univers
La force électromagnétique
L'interaction faible qui est confinée à
l'intérieur des noyaux et est à l'origine de la radioactivité bêta.
L'interaction forte qui relie les
atomes entre eux et ne s'applique qu'aux quarks.
Ce
modèle standard prédisait (Peter
Higgs) une particule très spéciale qui serait à l'origine des masses de
toutes les particules et qui s'appelle le boson de
Higgs. Le problème est que on ne l'a pas encore trouvée!!
On attribuerait
une masse aux particules en faisant interagir un champ omniprésent (le champ de
Higgs) porté par ce fameux boson de Higgs. Bref ce n'est pas simple (au moins à
mon niveau).
La recherche du
boson de Higgs est le Graal de la recherche fondamentale moderne, elle se fait
principalement au CERN
sur des énormes anneaux de collision (LHC : Large Hadron Collider) où des
énergies aussi énormes doivent être mises en jeu.
Voilà ce que dit
le CNDP à propos de cette fameuse particule :
l’origine des
masses acquises par les particules et aurait façonné le monde tel
qu’il est
aujourd’hui, se cache dans le tréfonds du Cern, au cœur du grand
collisionneur
de particules. Depuis près de dix ans, des chercheurs le
poursuivent
sans en avoir vu la moindre trace. Ils le traquent à l’aide de
gigantesques
machines sans cesse plus perfectionnées.
Au milieu de
centaines de milliers de collisions par seconde à très haute
énergie, des
mini big-bang, la particule aurait montré le bout de son nez. Ce ne
serait qu’une
question de mois ou d’années avant que la découverte du boson
de Higgs ne
soit effective et laisse la porte grande ouverte à d’autres
découvertes.
Mais, s’il n’était pas au rendez-vous, quelques théories pourraient
être
sérieusement remises en cause…"
Marc Escalier nous
indique que pour 700 millions de collisions par sec dans les accélérateurs, il
n'y aurait que quelques Higgs!!
Mais il n'est pas
encore découvert, souhaitons bonne chance aux milliers de chercheurs qui le
cherchent et le trouveront un jour.
Le Higgs se
désintégrerait en deux photons et c'est dans cette direction que notre
conférencier prépare sa thèse.
Souhaitons lui
aussi bonne chance et merci pour cette passionnante remontée du temps de atomos
grec à Higgs.
LIENS INTERNET SUPPLÉMENTAIRES
SUR LES PARTICULES ET LA MATIÈRE :
Où est la masse de
l'Univers par A. Bijaoui de l'Observatoire de la Côte d'Azur (OCA).
Sur la physique
quantique par Thierry Lombry
L'université de
Poitiers sur l'Antimatière
Le Modèle standard par les
spécialistes du labo de l'IN2P3
Site en français
sur les différents
types de force et qui est clair.
Sur la théorie des
Cordes mais quand même abordable (prévoir quand même l'aspirine)
En anglais sur les
particules
élémentaires par l'Université de l'Oregon. (tout le cours de
cosmologie, un bijou clair, net et simple)
C'est tout pour
aujourd'hui!
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin www.planetastronomy.com