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 :

"La chasse au boson est ouverte… Cette particule mystérieuse qui serait à

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