C’est grand comment une particule ?

Publié le 14 décembre 2019 | Écrire un commentaire

Après mon billet « Ça pèse combien une particule ? », je m’attaque ici à la taille des particules…

Conversation avec ma fille de 8 ans sur la taille d’un atome :

  • Papa, c’est grand comment un atome ?
  • C’est petit.
  • Mais petit comment ?
  • Plus petit que ce que tu connais de plus petit.
  • Plus petit qu’un grain de sable fin ?
  • Oui.
  • Plus petit qu’un microbe qui est invisible ?
  • Oui.
  • Mais alors, petit comment ?
  • Tu vois le lac Léman, à coté de Genève, à côté de chez nous ?
  • Oui, c’est super grand, on ne voit même pas de l’autre côté.
  • Tu as raison, ce lac est le plus grand d’Europe de l’ouest. Il fait 73 km de long pour 14 km de large et 300 m de profondeur. Il contient 89 milliards de mètres-cubes d’eau. Comme il faut environ 5 baignoires pour faire un mètre-cube, le lac contient environ 450 milliards de baignoires.
  • C’est beaucoup.
  • Oui. Et tu vois la taille d’une goutte d’eau ?
  • Oui, c’est tout petit.
  • Alors maintenant imagine le nombre de gouttes d’eau dans le lac Léman.
  • Ouaaaaaaou. C’est un truc énorme !!
  • Oui, c’est un très grand nombre. Tu te rappelles ton grain sable dont tu me parlais au début ? Une des choses les plus petites que tu puisses voir ?
  • Oui… Quel est le rapport ?
  • Eh bien, dans ce grain sable fin, il y a autant d’atomes que de gouttes d’eau que dans le lac Léman.
  • Maintenant j’ai compris papa, un atome, c’est petit !
Le lac Léman contient autant de gouttes d’eau que d’atomes dans un grain de sable

Détail du calcul pour les plus grands :

  • Lac Léman = 89e9 m^3
  • 35 gouttes d’eau dans 1 ml : 1 goutte d’eau = 2,9 e-8 m^3
  • Lac Léman = 3,1e18 gouttes d’eau
  • 1 grain de sable fin possède un diamètre d’environ 150 microns.
  • Volume du grain de sable fin = 1,8e-12 m^3
  • Un atome possède un rayon d’environ 1 Angström (1e-10 m)
  • Le volume correspondant d’un atome = 5,2e-31 m^3
  • Nombre d’atomes dans un grain de sable = 3,4e18

Atome, proton, électron : quelle taille ?

Dans mon calcul ci-dessus, on compte les atomes dans un grain de sable. Eh bien un proton, et à plus forte raison un électron, c’est encore plus petit car un atome est rempli essentiellement par du vide !

En effet, si on prend l’atome le plus simple, l’hydrogène, qui est formé d’un seul proton et d’un seul électron, on a un diamètre total d’environ 0,5 Angstrom, soit 5e-11 m. Le proton quant à lui a un rayon de l’ordre du femtomètre (1e-15 m), soit 5 000 fois plus petit ! Et l’électron, lui, tient la palme dans le sens où on ne connait pas vraiment sa taille, on le considère comme un point sans occuper le moindre espace. Expérimentalement, on a cependant validé qu’il était plus petit 10e-22 mètres, soit au moins mille milliards de fois plus petit qu’un atome !

Donc pour revenir à notre échelle, si l’atome d’hydrogène avait la taille d’un terrain de foot, alors le proton ferait la taille d’un pois chiche au centre du terrain. Quant à l’électron, il serait toujours invisible…

La taille du proton : Une controverse qui fait rage

Oui, j’avoue que dans votre quotidien, il vous importe peu qu’un proton aie une taille de 0,00000000000000084 mètre ou de 0,00000000000000088 mètre (on parle de 0,84 femtomètre ou 0,88 femtomètre). Pourtant, il y a deux écoles dans le monde pour mesurer la taille du proton à l’aide de deux méthodes différentes et chacune donne une valeur différente, soit autour de 0,84 femtomètre, soit autour de 0,88 femtomètre. La différence est notable, 5% de différence, et pour les physiciens, ces deux valeurs sont inconciliables ! Cependant, depuis quelques mois, les physiciens commencent à confirmer la plus petite valeur de 0,84 femtomètre.

La première méthode, dite de diffusion d’électrons, était jusqu`à présent la méthode « classique » pour définir le rayon du proton. La méthode consiste à envoyer des électrons ayant des propriétés bien connues à travers un nuage d’hydrogène qui va venir diffuser ces électrons : les électrons vont être déviés par l’hydrogène et la mesure de leur énergie et de leur direction après le passage dans le nuage permet d’estimer la taille des noyaux d’hydrogène, c’est-à-dire des protons.

La deuxième méthode, plus récente, est basée sur une méthode de spectroscopie d’hydrogène dans laquelle on vient envoyer une petite impulsion laser sur un atome d’hydrogène de manière à faire « sauter » l’électron dans le niveau d’énergie supérieur. Cet électron va ensuite « retomber » dans le niveau d’énergie du dessous en émettant à son tour un photon. En mesurant ce photon en fonction de l’impulsion laser envoyée initialement, on peut alors déduire le rayon du proton. Cette expérience peut se réaliser en utilisant de l’hydrogène classique (1 proton et 1 électron) mais aussi en utilisant de l’hydrogène muonique (l’électron est remplacé par un muon, une autre particule élémentaire assez similaire à l’électron mais plus lourde). Cette dernière solution s’avère plus précise car dans ce cas, le muon est plus proche du proton constituant le noyau de l’hydrogène muonique et la mesure du « saut » est alors plus précise. Deux instituts ont réalisé de telles mesures (PSI en Suisse en 2010 et l’université de York au Canada en 2019) qui aboutissent toutes deux autour de cette valeur plus faible de 0,84 femtomètre et qui semblerait être la bonne.

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Publié dans Phys. Particules/Quantique, Physique

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Ça pèse combien une particule ?

Publié le 25 novembre 2019 | Écrire un commentaire

La question peut paraitre bizarre au premier abord mais c’est loin d’être anodin… Tout d’abord, c’est quoi une particule, au sens de la physique ?

Une particule, c’est quoi ?

Il existe deux types de particules en physique des particules :

  • Les particules élémentaires sont des éléments indivisibles selon les connaissances actuelles.
    • Exemple : les électrons, les quarks, les photons (il y en a 18 dans le modèle standard de la physique des particules).
  • Les particules composites qui sont constituées de particules élémentaires et qui forment une nouvelle entité indépendante.
    • Exemple : les protons et les neutrons (formés de quarks), les différents atomes comme l’hydrogène, le carbone, l’uranium, etc. (formés de protons, neutrons et électrons), les molécules (formées d’atomes), etc.
Les particules élémentaires du modèle standard selon Noémie et Alex.

La masse, c’est quoi ?

Dans mon titre, j’utilise le mot « pèse », qui fait donc référence au « poids » mais en fait, dans le langage courant, on confond souvent le « poids » et la « masse ». Le poids s’exprime en Newton et diffère selon la gravité, c’est pourquoi votre poids est moindre sur la Lune que sur Terre. La « masse », quant à elle, s’exprime en kilogramme et est toujours la même, sur Terre ou sur la Lune. Pour plus d’info, allez voir un ancien billet sur le sujet : Le poids sur Terre. Bref, ici, on cherche plutôt la « masse » des particules.

En physique, selon le domaine, on n’utilise pas forcément le kilogramme (kg) mais aussi l’électronvolt (eV) qui est une unité d’énergie mais qui est équivalente au kilogramme en vertu de la relativité restreinte qui stipule que masse et énergie sont équivalentes (E=mc2). Donc une masse (en kilogramme), peut aussi s’exprimer en Joule ou en électronvolt, plus commode avec les particules qui sont toutes petites (1 électronvolt = 0.0000000000000000001602176565 Joule).

Pour compliquer encore un peu le tout, comme les mesures sont ultraprécises et pour éviter de se trimbaler 50 chiffres, on estime le plus souvent la masse des particules en fonction de l’unité de masse atomique unifiée (notée u) qui est définie comme un douzième de la masse d’un atome de carbone 12 (1 u ~ 1,660 539 066 60 × 10−27 kg). La masse d’un atome de carbone vaut donc exactement « 12 u » et peut être utilisée comme étalon pour mesurer la masse des autres particules.

La masse d’une particule

Maintenant passons aux choses sérieuses : trouver la masse de l’électron et du proton : les particules que nous connaissons le mieux. En kilogramme, en Joule, en électronvolt, en unité de masse, peu importe, c’est la même chose. Et comme vous pouvez vous en douter, on ne peut pas prendre un petit électron et le poser sur une balance pour le peser, c’est clairement impossible de procéder de la sorte avec nos technologies actuelles. Les meilleures balances professionnelles (balances analytiques) sont précises à environ un dix millième de gramme, ce qui représente environ cent mille milliards de milliards d’électrons, ça ne va pas le faire pour en peser un seul, il faut donc trouver autre chose. En fait, il y a plusieurs méthodes, et selon la précision voulue, ces méthodes sont plus ou moins compliquées et précises.

Joseph John Thomson, le découvreur de l’électron en 1897, est le premier à en estimer sa masse expérimentalement (il recevra pour cela le prix Nobel de physique en 1906). A l’époque, Thomson étudie les rayons cathodiques. Ces rayons, connus depuis le milieu du 19ème siècle, sontdes faisceaux d’électrons générés dans une ampoule en verre sous vide grâce à l’application d’une forte tension électrique entre ses deux extrémités métalliques. Thomson mesure la déviation de ces rayons en présence d’un champ magnétique. De ce fait, il peut en déduire que ces « rayons » sont constitués de particules négatives et que le rapport entre leur masse et leur charge (m/q) est extrêmement petit. Il constate que ces particules sont environ mille fois plus légères que les ions hydrogènes (autrement dit, les protons). Belle prouesse pour l’époque, c’est ainsi Thomson le premier à démontrer que les atomes sont divisibles et sont constitués d’éléments plus petits. Il développe même un modèle de l’atome : le modèle du pudding où les électrons représentent les grains de raisins du pudding, lui-même constitué de protons, mais ce modèle sera rapidement détrôné en 1911 par Rutherford qui démontre que les électrons (négatifs) se tiennent à bonne distance d’un noyau (positif).

Joseph John Thomson dans son laboratoire devant des tubes cathodiques. © Cavendish Laboratory, université de Cambridge.

Aujourd’hui les tubes cathodiques ont été remisés à la cave avec nos vieilles TV cathodiques. La dernière expérience en date pour mesurer la masse des particules chargées utilise ce que l’on appelle des « pièges de Penning » et sont des expériences de physique complexes, mises en œuvre par les meilleures équipes de recherche internationales mais le principe n’est pas si compliqué.

Le dispositif Penning utilisé par les scientifiques de MPIK pour des mesures de précision de la masse de particules uniques. (Image : Max Planck Institute for Nuclear Physics).

Pour faire rapide, un piège de penning permet de maintenir une ou plusieurs particules chargées de même signe comme des électrons (négatifs) ou des protons (positifs) dans un volume restreint. Ce piège est constitué d’un champ magnétique homogène qui impose aux particules de suivre une sorte de spirale ainsi qu’un champ électrique (qu’on qualifie de quadrupolaire) obligeant les particules à rester dans un volume donné. En gros, la particule tourne un peu comme une toupie tout en décrivant des spirales au sol mais qui en plus fait des montées/descentes en même temps tout en restant dans une sorte de bol sur lequel la toupie rebondirait.

On peut voir ici en violet à quoi ressemble la trajectoire d’une particule dans un piège de penning (superposition des trajectoires bleue, orange et rouge dues aux champs magnétiques et électriques). Source : group blaum, Heidelberg

Mais comment déduire la masse d’une particule avec ce piège ? Eh bien, les physiciens peuvent la déduire de ce mouvement un peu spécial. En effet, la fréquence d’oscillation de la particule selon la composante orange (nommée mouvement cyclotron et notée ω+ sur le dessin et ωc sur l’équation ci-dessous) peut être mesurée avec une très grande précision (de l’ordre du dixième de milliardième) et elle est fonction de la charge de la particule (q=connue), du champ magnétique appliqué (B=connu) et de la masse de la particule (m=inconnue):

Equation du mouvement cyclotron

Dans la réalité c’est un tout petit peu plus compliqué mais c’est en exploitant ce principe qu’on mesure aujourd’hui la masse des électrons et des protons avec une très grande précision. A noter tout de même que pour que ça marche correctement, le tout se fait à température cryogénique, à environ -269 degrés Celsius, soit 4 degrés seulement au-dessus du zéro absolu (4 Kelvin), sinon ce serait trop facile… Les derniers résultats en date sont les suivants :

Valeurs mesurées :

  • Proton = 1,007276466583 u (soit approximativement 1,67262 × 10−27 kg).
  • Electron = 0,000548579909067 u (soit approximativement 9,109 × 10−31 kg).

L’électron est ainsi 1836 fois plus léger que le proton.

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Publié dans Phys. Particules/Quantique, Physique

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La zététique, ou l’art de penser juste

Publié le 10 novembre 2019 | 2 commentaires

Dans notre société moderne ultra-connectée et ultra-rapide, ce terme, zététique, devrait être enseigné dès l’école primaire. Certes, nos enfants ont des cours de sciences, de philosophie, d’éducation civique et de plein d’autres matières où ils doivent faire preuve de discernement, apprendre à penser, à argumenter, à discriminer le vrai du faux, mais toujours de manière « indirecte » alors que de plus en plus d’études sérieuses sur le sujet montrent que pour être efficace et durable, la zététique devrait être apprise de manière « directe ».

Mais j’oubliais, qu’est-ce que la zététique ? Si vous ne le saviez pas, la zététique est un terme apparu dès la fin du 17ème siècle et qui a été repris dans les années 80 pour (ré)introduire « l’art du doute raisonnable » par Henri Broch (voir cette vidéo de Henri Broch). Je me permets de citer ici l’article Wikipédia sur le sujet :

« Le but de la zététique est de chercher l’origine de ces croyances très répandues et d’en chercher les faiblesses épistémologiques, ou de proposer des explications raisonnables aux phénomènes dits paranormaux ».

Tout est dit, pour être un citoyen responsable aujourd’hui, la zététique est fondamentale, surtout avec cette propagation fulgurante de l’information, qu’elle soit vraie ou fausse, propagée par erreur, par inattention ou dans l’intention de nuire. Originellement développée pour combattre le « paranormal » ou les « pseudo-sciences » et « pseudo-médecines », la zététique doit à mon sens et pour beaucoup être aujourd’hui élargie à ce nouveau problème contemporain sur le discernement du vrai et du faux sur internet.

Source : Hygiène mentale

Aujourd’hui, on entend à tort et à travers le terme « fake news » un peu partout. Ce terme fourre-tout est vague et peut induire en erreur, il serait plus convenable d’utiliser les termes suivants :

  • Désinformation : information fausse et délibérément créée pour causer du tort à une personne, un groupe social, une organisation ou un pays. Exemple : le site Buzzfeed a mis en ligne un film truqué de Barack Obama disant tout le mal qu’il pense de Donald Trump, dans des termes orduriers et vulgaires. Tout est évidemment faux…
  • Mésinformation : information fausse mais non créée dans l’intention de nuire, elle peut même être défendue sincèrement alors que c’est une erreur. Exemple : les « platistes » qui pensent vraiment que la Terre n’est pas ronde et que la Nasa manipulerait les images satellites pour nous faire croire au plus gros mensonge de l’histoire (théorie du complot).
  • Malinformation : information basée sur des faits réels mais souvent tirés hors de leur contexte ou de la vie privée des gens dans l’intention de nuire à une personne, un groupe social, une organisation ou un pays. Exemple : l’affaire des courriels d’Hillary Clinton lors de la dernière campagne présidentielle américaine. Il s’est finalement avéré que des personnes en lien avec le gouvernement russe ont transmis à Wikileaks des milliers de courriels piratés du parti démocrate et du directeur de campagne d’Hillary Clinton pour avantager Donald Trump.

Je vous l’accorde, ces pratiques existent sans doute depuis le début de la société humaine. Lisez n’importe quel Zola et vous constaterez que le cancan y est omniprésent : la calomnie, le bavardage, le ragot, la médisance, le commérage, le potin… Autant de vieilles pratiques qui sont toujours d’actualité mais avec la vitesse de propagation de l’information aujourd’hui, l’impact est tout autre ! Ces pratiques sont les fléaux du 21ième siècle, pouvant tout à fait mener l’humanité à sa perte. Ces pratiques peuvent provoquer des morts comme avec ces communautés anti-vaccins qui sont directement responsables de plusieurs épidémies de rougeole et de coqueluche dans des régions « riches » avec des conséquences funestes. Et si je vous parle des négationnistes de l’origine anthropique du réchauffement climatique, comme certains (très) hauts politiques américains, on pourrait leur incomber des milliers de morts dus au réchauffement climatique…

Il existe bien entendu de nombreux organismes et sites proposant des cours de zététique ou autre pour développer son esprit critique mais ce devrait être une des missions de l’École. Ne vous inquiétez pas, ils sont déjà au courant (en France tout du moins) depuis un petit moment et je ne vais rien leur apprendre mais il faudrait quand même commencer à s’alarmer sur le sujet et à bouger un peu plus en formant le corps enseignant de manière appropriée en fonction de l’âge des enfants.

Quand on apprend à nos enfants que la Terre est ronde, ce ne doit pas être un dogme, il faut leur enseigner pourquoi nous en sommes certains et que nous ne sommes pas obligés de nous attacher à une rocket et de nous envoler au-dessus de la Terre pour constater sa courbure (ne rigolez pas, un américain qui voulait prouver que la Terre était plate à fait cela, détails ici, ce genre d’histoire arrive souvent aux États-Unis…).

Mais alors, comment apprendre à nos enfants à reconnaitre une fausse information ? Je ne suis pas du tout spécialiste de la question mais je suis allé voir des sites spécialisés et je me suis fait mon idée en conséquence car je suis convaincu que la meilleure des armes ici, ce n’est pas la censure mais l’éducation…

  • Premièrement, je pense qu’il faut commencer au plus jeune âge à éduquer les enfants à cette pratique (vers l’école élémentaire) car par la suite ce sera de plus en plus difficile, surtout à l’adolescence.
  • Il faut bien entendu commencer par leur expliquer de vérifier le site de publication, l’auteur et ses intentions ainsi que la date et le contexte dans lequel cette information est donnée. Bref, il faut développer leur esprit critique et méthodique et leur expliquer que si quelqu’un leur dit quelque chose qui leur parait « incroyable », eh bien il ne faut peut-être pas y croire tout de suite mais vérifier ailleurs…
  • Essayer de leur faire entrer dans le crâne qu’aucun réseau social n’est une source d’information fiable car alimenté par n’importe qui et sans aucun contrôle. Il est indispensable d’aller recouper les informations avec des « sources fiables » et surtout les éduquer à ne pas republier instantanément des informations qu’ils trouvent « cool » ou « horribles » sans avoir vérifié leur véracité. Je vous l’accorde, c’est facile à dire mais pas facile à mettre en pratique avec les ados qui ont des téléphones greffés dans leurs mains, c’est pour ça qu’il faut commencer tôt et entretenir cette pratique…
  • Il faut aussi que les adultes montrent l’exemple (ça parait évident mais ce n’est pas toujours le cas).
  • Cependant la théorie ne suffit pas, les accompagner sur des cas concrets sur internet en surfant avec eux est à mon humble avis une pratique nécessaire.
  • Leur faire faire des travaux pratiques comme retoucher une photo sur Photoshop ou faire un montage et y ajouter une fausse légende sur un sujet qui les intéresse dans le but de leur montrer à quel point il est aisé de fabriquer de la fausse information et de causer du tort.

Le plus difficile est sans doute de savoir identifier une « source fiable » et de faire preuve d’esprit critique. Qu’est-ce que cela signifie ? Comment faire ? Est-ce que Wikipédia est fiable alors que n’importe qui peut modifier un article ? Est-ce que le site d’un journal clairement identifié comme d’extrême gauche ou d’extrême droite est fiable (même question d’ailleurs sans être extrême) ? Eh bien la réponse s’appelle l’éducation, la culture, la science et l’expérience. Il faut rester critique sans devenir paranoïaque…

Source : Hygiène mentale

A voir :

  • http://www.zetetique.fr/. Allez donc visiter ce site et sa rubrique « l’actualité sceptique » ainsi que les différentes thématiques (de l’astrologie aux sophismes).
  • Pour la Science numéro 505 (Novembre 2019), dossier « les mécanismes de la désinformation ».
  • Hygiène mentale, un peu d’esprit critique chaque jour, très bien fait avec plein de conseils et des jeux éducatifs. A visiter avec vos enfants.

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Publié dans Science et Philosophie, Sciences sociales

L’hélium superfluide

Publié le 19 mars 2019 | Écrire un commentaire

Etant ingénieur pour l’opération du système cryogénique du LHC au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) à Genève, j’ai la chance de travailler avec le plus grand stock d’hélium superfluide du monde : le LHC en contient environ 100 tonnes pour fonctionner…

Mais c’est le dernier livre de Sébastien Balibar, « Savant cherche refuge », qui m’a donné envie d’écrire cet article. En effet, la superfluidité, phénomène pour le moins extraordinaire à notre échelle, a été découvert et expliqué dans un climat international inédit avec de nombreux chercheurs cherchant à se réfugier des désastres de la guerre pour mener à bien leurs recherches.

Aujourd’hui, on trouve de l’hélium superfluide dans les laboratoires du monde entier (et surtout au CERN !) mais son obtention et sa compréhension a été pour le moins « complexe » et a fait couler beaucoup d’encre avant d’arriver à un résultat faisant consensus auprès des physiciens. Cette découverte est une grande découverte scientifique et son histoire, comme toute grande découverte scientifique, est passionnante…

Pourquoi superfluide ?

Tout d’abord quelques éclaircissements sur ce qu’est un superfluide. Dans la nature, il existe plusieurs états de la matière comme l’état solide, gazeux ou liquide (en fait l’état le plus abondant dans l’univers est l’état de plasma dont sont composés les étoiles). Mais il en existe au moins un autre, moins connu: l’état superfluide. Cet état a été observé dans l’hélium à très basse température, en dessous de 2,17 Kelvin, soit environ -271 degrés Celsius. Alors, qu’est ce qui caractérise les superfluides ? Eh bien, quand on fait des expériences avec, on observe des comportements tout à fait impossibles avec tous les autres fluides. Voici quelques exemples:

  • Prenez un tube de quelque millième de millimètre et essayer de faire circuler un liquide dedans : c’est impossible, sauf pour un superfluide qui s’engouffre dedans sans problème et s’écoule librement.
  • Verser un liquide dans un verre : le liquide est censé rester au fond, eh bien pas le superfluide qui va remonter le long des parois et sortir tout seul du verre.
  • Prenez une paille et faite la tourner dans un verre rempli de liquide, tout le liquide va rapidement se mettre à tourner avec la paille, eh bien pas le superfluide qui va rester immobile!
  • Chauffez une piscine olympique avec une résistance chauffante plongée à l’intérieur : peu à peu, toute la piscine va se réchauffer et ça va prendre pas mal de temps avant d’avoir la même température partout.  Eh bien, si vous remplissiez votre piscine de superfluide, toute la piscine aura la même température à tout moment, comme si la chaleur se propageait instantanément.

Vous l’aurez compris, un superfluide, c’est bizarre ! C’est un liquide qui ne possède pas de viscosité avec une capacité de transporter la chaleur de manière parfaite.

La chose qui a mis en déroute les physiciens est le fait que l’hélium en dessous de 2,17 K est en fait un mélange de 2 fluides : une composante normale (nommée « He I ») et une composante superfluide (nommée « He II ») qui peuvent se déplacer indépendamment l’un de l’autre, et plus on refroidit le mélange, plus la composante superfluide est importante. C’est cette particularité qui a engendré des phénomènes parfois contradictoires selon les expériences mise en œuvre. Mais maintenant, intéressons-nous à l’histoire passionnante de cette découverte.

Les personnages

Les protagonistes principaux sont les suivants (par date de naissance):

  • Willem Hendrik Keesom (1876), néerlandais ayant travaillé à Leyde avec H.K. Onnes, le premier à avoir liquéfié de l’hélium en 1908. Keesom est l’un des premiers à avoir noté une transition importante à 2,17 K dans l’hélium dès 1927.
  • Piotr Kapitsa (1894), russe, découvreur de la superfluidité en 1937. Nobel 1978.
  • Fritz London (1900), allemand, c’est le premier à proposer « l’idée folle » que la superfluidité est un phénomène quantique macroscopique.
  • Laszlo Tisza (1907), hongrois, le fil conducteur du livre de S. Balibar, c’est lui qui proposera le premier modèle théorique « sérieux » le la superfluidité : le fameux modèle à 2 fluides.
  • Lev Landau (1908), russe, il est à l’origine de la compréhension profonde de la superfluidité et aboutira à un modèle théorique complet du phénomène au début des années 40. Nobel 1962.
  • Jack Allen (1908), canadien, découvreur de la superfluidité en 1937 avec Don Misener à Cambridge, indépendamment de Kapitsa et en même temps.

Haut : Kapitsa, Landau, Allen.
Bas: London, Tisza, Keesom

Les lieux

Les personnages étant posés, voici les lieux où se déroulent cette aventure (par ordre alphabétique) :

  • Cambridge, Angleterre : laboratoire de Allen et Misener où la superfluidité sera étudiée pour la première fois (enfin en même temps que Kapitsa à Moscou).
  • Etats-Unis : Refuge de très nombreux scientifiques européens pendant cette période de trouble. London et Tisza y trouveront refuge pendant la guerre.
  • Kharkov, Ukraine : Landau a commencé ses recherches à l’université de Kharkov et Tisza y fera un séjour en 1937, l’année où la superfluidité sera découverte.
  • Leyde, Pays-Bas : Berceau de la physique des basses températures à l’hélium ayant hébergé Onnes et Keesom. Laboratoire ayant produit les premières gouttes d’hélium liquide (et de superfluide sans le savoir) dès 1908.
  • Moscou, Russie : Landau et Kapitsa passeront une bonne partie de leur temps de recherche à l’institut des problèmes physiques de Moscou.
  • Oxford,Angleterre: l’hélium superfluide coula aussi très tôt à Oxford et hébergera de nombreux scientifiques liés à la superfluidité comme London.
  • Paris, France : De nombreux efforts ont été faits à Paris pour héberger les scientifiques menacés par les nazis. London et Tisza y trouveront refuge plusieurs années, aidés par de nombreuses personnes dont Louis Rapkine qui a joué un rôle clé.

Pendant l’entre-deux guerre puis pendant la deuxième guerre mondiale, les scientifiques prometteurs comme les acteurs de la superfluidité seront aidés par des bourses leur permettant de subvenir à leurs besoins et de voyager dans les différents laboratoires dans le monde « relativement » facilement pour cette époque. La plus connue est sans doute la bourse Rockefeller qui a sauvé de nombreux chercheurs prestigieux en ces périodes de troubles. J’ai essayé de retracer quelques parcours des protagonistes de la superfluidité (ce n’est pas exhaustif mais j’ai essayé de faire de mon mieux) :

  • Kapitsa : Saint Petersbourg => Cavendish (1923) => Moscou (1934)
  • Tisza : Budapest (1907) => Paris (1937) => Toulouse (1939) => Lisbonne (1940) => Etats-Unis (1941).
  • London : Breslau (1900) => Berlin ( ???) => Rome (1931) => Berlin (1932) => Oxford (1933) => Paris (1936) => Etats-Unis (1939).
  • Landau : Bakou (1908) => Petrograd (1922) => Voyage à travers l’Europe (1929): Gottingen, Leipzig, Copenhague, Cambridge, Zurich   => Leningrad (1931) => Kharkov (1932) =>   Moscou (1937) => Boutyrskaïa, prison proche de Moscou (1938) => Moscou (1939).

Qui a découvert la superfluidité ?

Visiblement, tout porte à croire que Kapitsa et Allen ont « découvert » la superfluidité à peu près en même temps et de manière indépendante en 1937. Mais disons-le clairement, cette « découverte » était dans l’air du temps et plusieurs équipes avaient déjà dans les années précédentes mis en avant l’existence de deux héliums liquides bien distincts (l’hélium I et II) séparés par le « point lambda » autour de 2,17 K. Ce nom « lambda » a d’ailleurs été donné par Keesom en 1927 à Leyde en référence à la forme de la chaleur spécifique (i.e. la quantité d’énergie à apporter au liquide pour élever sa température de 1 degré) de l’hélium en fonction de sa température autour de 2,17 K qui ressemble à la lettre grecque lambda (λ). Je rappelle que Leyde (situé aux Pays-Bas) est le berceau de l’hélium liquide qui fut découvert peu avant par H.K Onnes en 1908 (détails ici).


Mesure de la chaleur spécifique de l’hélium autour de 2,17 K par Keesom en 1927 à Leyde ayant la forme du lambda grecque.

En revanche, c’est bien Kapitsa qui a inventé le mot « superfluide ». Allen et Kapitsa ont pu observer et publier des résultats montrant que l’hélium en-dessous de 2,17 K semble présenter une viscosité extrêmement faible. Ils publièrent d’ailleurs tous les deux leur article dans le même numéro de Nature en Janvier 1938 dans deux pages consécutives.  L’article de Kapitsa avait pour titre “Viscosity of liquid helium below the λ-point” alors qu’Allen titrait “Flow of liquid helium II”. C’est dans cet article que Kapitsa énonça sa phrase célèbre qui est étonnemment clairevoyante en y repensant avec le recul d’aujourd’hui : « by analogy with superconductors, that the helium below the λ-point enters a special state which might be called superfluid« . En effet, leurs expériences montrèrent que l’hélium liquide en dessous de cette température entre dans un état spécial, car quantique, tout comme la supraconductivité mais ils ne le savaient pas encore à cette époque ! Le superfluide peut s’écouler dans des capillaires (de tout petits tuyaux) ou dans des fentes de taille microscopique sans aucun problème, ce qu’aucun autre fluide ne peut faire à cause du phénomène de viscosité qui tend à « freiner » les écoulements.

Pour faire court, on apprend à l’école que la vitesse d’un fluide dans un tuyau dépend de la taille du tuyau (plus il est gros et plus le fluide va vite) et de la différence de pression entre l’entrée et la sortie (plus la différence de pression est grande, plus le fluide va vite). Et quand Kapitsa et Allen (qui sont allés à l’école comme vous et moi) ont voulu vérifier cela avec L’hélium superfluide, ce n’est pas du tout ce qu’ils ont pu mesurer : si on fait varier la taille de ces capillaires, même d’un facteur 1000, la vitesse d’écoulement n’est quasiment pas modifiée. De même en faisant varier la différence de pression entre l’entrée et la sortie, la vitesse du superfluide demeurait constante, ce qui contredisait catégoriquement la mécanique des fluides ! Et on ne peut pas renier ce genre de chose comme ça ! Ce genre de contradiction s’appelle tout simplement une « grande découverte scientifique ».

Qui a compris la superfluidité en premier ?

Voici mon sentiment après la lecture du dernier livre de S. Balibar: c’est bien London le premier à avoir senti ce qu’était la superfluidité, à savoir un phénomène quantique à l’échelle macroscopique correspondant à un genre de condensat de Bose-Einstein dans un liquide. London écrira d’ailleurs en 1938 à son frère Heinz « j’ai trouvé une chose folle » en parlant de cette découverte. Il publiera ensuite une note dans la revue Nature à ce sujet le 5 mars 1938 : « the lambda-phenomenon of liquid helium and the Bose-Einstein degeneracy ».

C’est ensuite Tisza qui a immédiatement posé les bases d’un premier modèle original, le fameux modèle à deux fluides, intuition de génie pour expliquer les phénomènes observés, extrêmement étranges et parfois contradictoires. London rejettera ce modèle à tort mais Tisza persévéra et publia peu après une note en Mai 1938 dans Nature portant le titre « Transport Phenomena in Helium II » où il introduit ce modèle qui deviendra un modèle puissant, intuitif et simple à utiliser pour calculer les propriétés de l’hélium superfluide.

Enfin, Lev Landau, petit génie de la physique, reformule de manière plus rigoureuse le modèle à deux fluides pour aboutir à un modèle cohérent et complet qu’il publie en 1941 dans Physical Review. Pour expliquer la superfluidité, Landau se base entre autre sur la propagation et l’oscillation de quasi-particules: les phonons et les rotons (inventés par l’occasion par Landau). Landau recevra seul le Nobel sur ce sujet, ce qui peut paraitre un peu injuste vis-à-vis de London et Tisza…

Pour aller plus loin

Voilà ce que j’avais à dire sur ce sujet mais si vous voulez en savoir plus, c’est sans contestation Sébastien Balibar la référence française en la matière, alors voici quelques conseils de lecture :

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Publié dans Thermo/Energie, Histoire des Sciences, Phys. Particules/Quantique

La résonance

Publié le 6 janvier 2019 | Un commentaire

Le phénomène de résonance est présent dans de nombreux domaines de la physique et est utilisé dans de très nombreuses applications, de la balançoire aux accélérateurs de particules. Parfois embêtant, il peut aussi s’avérer fort utile, voire indispensable.

Un peu d’étymologie pour commencer. On a tendance à associer la résonance au domaine de l’acoustique dans le langage courant signifiant « prolongation de la durée d’un son » depuis le 14ème siècle mais cette définition n’est plus d’actualité puisque la résonance peut s’étendre à tous les phénomènes ondulatoires dans lesquels une onde peut se propager et induire une vibration. En dehors des ondes acoustiques, on peut citer les ondes sur cordes vibrantes, les ondes sismiques, les vagues ou encore les ondes électromagnétiques comme la lumière ou la radio.

Si on s’intéresse aux ondes mécaniques, toute structure possède des fréquences propres, c’est-à-dire des fréquences auxquelles une structure mécanique peut vibrer si on excite cette fréquence particulière. Le meilleur exemple est sans doute la balançoire : en tendant les jambes à un moment bien précis, on donne une impulsion de manière répétée à intervalle régulier (à une fréquence constante), induisant une oscillation. Dans le cas de la balançoire, les équations de la mécanique nous permettent de calculer précisément la fréquence de résonnance (ou d’un pendule simple), qui est fonction de l’amplitude du mouvement.

Les résonances néfastes

Toutes les constructions, comme les ponts, possèdent donc une fréquence propre qui peut être amplifiée si on l’excite suffisamment, c’est-à-dire si on applique une force suffisante dans la bonne direction et à la bonne fréquence, avec des rafales de vents périodiques par exemple ou des soldats qui marchent au pas. Un pont peut ainsi entrer en résonance, provoquant de fortes oscillations jusqu’à son effondrement ! On peut mentionner le cas du pont suspendu de la Basse-Chaîne sur la Maine à Angers qui s’effondra en 1850 suite au passage de militaires marchant au pas (les 226 soldats perdirent la vie). Cependant, l’origine exacte de l’effondrement du pont de la Basse-Chaîne fait toujours débat car une tempête sévissait ce jour-là et le règlement militaire exigeait déjà à cette époque de ne pas marcher au pas sur les ponts…

La rupture du pont de la Basse-Chaîne à Angers en 1850.

On mentionne aussi souvent l’histoire du pont de Tacoma (USA) en 1940 qui serait entré également en résonance suite à des rafales de vent. Cependant, plusieurs études scientifiques ont montré que ce pont ne s’est pas écroulé à cause du phénomène de résonance mais à cause d’une instabilité aéroélastique de torsion engendrée par le vent, voir la vidéo impressionnante de cette catastrophe (le pont a oscillé pendant plus d’une heure avant de s’effondrer) : https://www.youtube.com/watch?v=Rmfl2kFeNPM

En automobile également, nombreuses sont les résonances qui peuvent nous agacer. Vous roulez sur l’autoroute à faible vitesse et tout va bien… Vous décidez alors d’accélérer et là, tout à coup, un bourdonnement survient et persiste, vous accélérez encore et le bruit disparait : vous venez de faire entrer en résonance une partie de votre voiture (carrosserie, pneumatique, etc.), liée à la fréquence de rotation du moteur ou des roues, qui est proportionnelle à la vitesse du véhicule. Pour cette raison les pneumatiques sont désormais équipés de motifs non périodiques (i.e. qui ne se répètent pas parfaitement) pour éviter tout phénomène de résonance au niveau des pneus. Les amortisseurs des automobiles sont également conçus pour avoir des fréquences de résonance qui ont le moins d’impact possible sur le corps humain, moyennant sinon une gêne importante, voire un mal des transports. Comme le mentionne A. Létévé dans sa thèse, « Il s’avère que la plage de fréquence de 0 à 20 Hz dans laquelle le corps humain est extrêmement sensible aux vibrations verticales correspond à la plage de fonctionnement de la suspension ». Il y a clairement des fréquences à éviter pour le corps humain, comme entre 4 Hz et 11 Hz qui entrainent des douleurs similaires à celle d’un infarctus (le cœur a une fréquence de résonance de 7 Hz).

Décomposition du corps humain en systèmes masses ressorts amortisseurs avec les fréquences de résonance de chaque partie. Extrait de la thèse de Aurore Létévé (2014).

Les résonances vertueuses

En musique

La première résonance à laquelle on pense est bien entendu en musique. En effet, les instruments à cordes et à vent ainsi que les percussions exploitent le phénomène de résonance pour former des notes bien précises et pouvoir ainsi jouer un morceau de musique. Sans résonance, pas de musique…

Les instruments à cordes possèdent plusieurs fréquences de résonance qui dépendent de la longueur, de la masse et de la tension de chaque corde. C’est pour cette raison qu’on accorde la plupart de ces instruments en réglant la tension de chaque corde pour obtenir la résonance à la fréquence/note voulue (la masse et la longueur étant constantes). Cette résonance se produit sur l’onde mécanique qui se propage le long de la corde lorsque cette dernière est excitée par une impulsion qui en théorie contient toutes les fréquences. La corde produit alors un son contenant uniquement les fréquences de résonance de la corde (appelées fréquences propres) car toutes les autres fréquences sont rapidement atténuées et disparaissent sans pouvoir être entendues et amplifiées par le corps de l’instrument. L’impulsion initiale est générée par le musicien soit par un pincement (guitare, harpe…), soit par un coup (piano, clavecin…), soit par un frottement avec un archer (violon, violoncelle…). Pour information, la physique des cordes vibrantes est modélisée une équation aux dérivées partielles qui fut resolue par d’Alembert en 1747 et qui s’étudie généralement dans les classes préparatoires scientifiques.

L’équation des ondes qui modélise la propagation d’une onde dans un milieu continu et infini.

En imagerie médicale

Le phénomène de résonance est la clef de voute d’une technique d’imagerie médicale que vous connaissez : l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique). Ici, la résonance n’est pas mécanique comme dans le cas de la balançoire ou des ponts mais magnétique. Un champ magnétique constant est appliqué sur le patient ainsi qu’un champ oscillant pour exciter les spins des atomes du corps humain (propriété quantique des atomes) et les faire entrer en résonance pour les détecter et fabriquer une image, c’est ce qu’on appelle la résonance magnétique nucléaire, voir mon article précédent de la RMN à l’IRM.

En physique des hautes énergies

Une autre application moins connue du grand public est l’accélération des particules à hautes énergies avec des cavités radiofréquences (RF). Pour accélérer des particules chargées, on utilise un champ électrique (les particules positives/négatives sont accélérées par une tension électrique opposée à leur charge). On peut alors utiliser le phénomène de résonance pour améliorer cette accélération en donnant une petite impulsion aux particules à une fréquence précise. Pour induire cette résonance, une onde électromagnétique est envoyée dans une cavité ayant une forme bien particulière permettant la résonance des ondes à la fréquence propre de la cavité, de l’ordre de la centaine de MHz, c’est-à-dire dans la gamme des fréquences radio (d’où le nom de cavités RF). Les cavités sont agencées en série pour accélérer les particules en ligne droite et le champ électrique est alors inversé quand les particules passent au centre d’une cavité de telle manière à ce que les particules « voient » toujours une tension opposée à leur charge pour être accélérées de proche en proche continuellement. Je vous conseille de voir cette petite vidéo du CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire) sur le fonctionnement des cavités RF du LHC qui illustre bien le phénomène:  https://videos.cern.ch/record/1750705

Un des modules DTL du Linac 4 en train d’être assemblé au CERN (Image: Maximilien Brice/CERN). On peut voir les cavités RF au centre du module entre lesquelles les particules sont accélérées.

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Publié dans Phys. Particules/Quantique, Physique

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Une histoire de tout, ou presque…

Publié le 24 décembre 2018 | Écrire un commentaire

Le titre de ce livre de Bill Bryson peut faire sourire mais quand on le lit, c’est la franche rigolade ! Ce livre a reçu le prix Aventis pour le meilleur livre de vulgarisation scientifique en 2004 et le prix Descartes de la communication scientifique en 2005 et c’est tout à fait justifié.

J’ai la chance d’avoir lu pas mal de livres de vulgarisation scientifique dans ma vie dont beaucoup d’excellents mais celui-là me laissera un souvenir unique et impérissable. Comment un personnage comme Bill Bryson (qui est écrivain-voyageur) peut prétendre raconter « l’histoire de tout » en 600 pages ? Eh bien si, c’est possible, il l’a fait, et de manière absolument incroyable. J’ai rarement appris autant de choses dans un livre, surtout avec un humour aussi décapant et incisif, impossible d’échapper à un ou deux rires tout haut dans mon lit le soir pendant mes lectures ! Ce livre est destiné au grand public mais même sur des sujets scientifiques pourtant familiers, il réussit à nous faire redécouvrir l’histoire des sciences avec son angle de vue bien à lui.

Le livre commence avec le début de l’Univers et fini à aujourd’hui, c’est aussi simple que cela et c’est tout à fait logique au vu du titre. Entre temps, on passe (dans le désordre) par les dinosaures, la géologie, la relativité, la physique des particules, la vie, le climat, la chimie, la génétique, l’océanographie, l’évolution, les bactéries, nous-mêmes, etc. En fait, ce que je préfère dans cet ouvrage, c’est que Bill Bryson nous raconte sa version de l’histoire des sciences comme si on était deux vieux copains accoudés au comptoir d’un bistrot autour d’une petite bière (pratique qu’il aime bien d’ailleurs après avoir lu deux autres de ses livres depuis).

Le nombre d’anecdotes est phénoménal et je pense que sa vraie force réside dans le fait de nous transmettre la joie de découvrir comment la science s’est construite au jour le jour, d’années en années et de siècles en siècles avec des hommes et des femmes étonnants, rarement reconnus dans la « grande histoire des sciences » pour leurs contributions. Il explique très bien comment de nombreux faits nouveaux ont été pré-découverts par des inconnus avant de l’être par leurs « découvreurs officiels » retenus par l’histoire. C’est avec ce livre qu’on comprend vraiment que la science ne serait pas ce qu’elle est aujourd’hui si on avait seulement eu Galilée, Newton, Darwin, Planck et Einstein. Il en faut des milliers d’autres pour que ça marche, même si certains ont des démarches plus ou moins douteuses comme Haldane qui organisait des expériences sur les limites du corps humain plus que dangereuses sur lui-même et son entourage. Extrait :

« Alors qu’il s’empoisonnait scrupuleusement à l’oxygène, Haldane eut un jour une crise d’épilepsie si violente qu’il s’écrasa plusieurs vertèbres. Le collapsus de poumons était un accident de pure routine ; la perforation des tympans était plus courante encore, mais, comme le soulignait Haldane dans une note rassurante, le tympan en général se soigne ; et s’il y reste un trou, bien que l’on en reste un peu sourd, on peut souffler de la fumée de cigarette par l’oreille concernée, ce qui est un véritable talent de société. »

Etant thermodynamicien, j’ai apprécié la place qu’il donne à J.W. Gibbs qui est tout autant à honorer que les traditionnels Planck, Boltzmann ou Maxwell à cette époque alors que Gibbs est souvent oublié et inconnu du grand public. Bill Bryson nous rappelle à juste titre le génie de cet individu, qui a inventé le terme « mécanique statistique » et qui est un des précurseurs de la physique statistique, une des plus grandes théories de la fin du 19ième siècle. Gibbs a d’ailleurs rédigé une œuvre que les spécialistes qualifient de « principia de la thermodynamique », entendez par là qu’il possède un génie égal à Newton… Malheureusement Gibbs a publié son œuvre dans une revue obscure du Connecticut dont personne n’a jamais entendu parler (même dans le Connecticut !) et ne cherchait ni la célébrité, ni vraiment à partager ses idées avec le monde…

Mais l’histoire que je préfère est sans doute celle de ce pasteur australien inconnu dénommé Robert Evans qui a découvert avec son télescope amateur dans son jardin plus que de 40 supernovæ depuis les années 50, avec une moyenne de deux supernovæ par an entre 1981 et 1996, soit plus que les grands télescopes internationaux pendant cette même période. Certes, il a depuis été dépassé par la technologie mais il reste redoutable, même face à l’armée des télescopes géants qui sillonnent le monde assistés d’une puissance informatique computationnelle hors du commun. Bill Bryson nous explique que si vous lanciez des grains de sel un jour au hasard sur 1500 tables devant cet astronome amateur, il détecterait facilement un grain de sel déplacé le lendemain. En revanche, sa femme nous explique depuis sa cuisine qu’il ne se souvient jamais de l’endroit où il pose les choses dans la maison, voici une histoire typique à la Bill Bryson !

Bref, vous l’aurez compris, si vous êtes curieux, vous devez lire ce livre !

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Publié dans Histoire des Sciences, Livres

Les ingénieurs, le progrès et l’innovation

Publié le 3 janvier 2018 | 2 commentaires

Je suis ingénieur. Je crois au progrès. Je déteste cette dénomination « d’innovation ».

Etienne Klein, que j’aime bien puisqu’il est ingénieur, physicien, philosophe des sciences, attaché au CERN et amoureux de la montagne, nous offre une discussion dans son dernier livre avec Denis Lafay sur le sujet Sauvons le progrès. J’ai pris un vrai plaisir à lire ce dialogue, ou plutôt cet essai, et j’ai besoin de m’exprimer à ce sujet ici…Etienne Klein mentionne que les ingénieurs s’expriment relativement peu dans notre société actuelle comparés aux chercheurs, artistes, sportifs, journalistes, économistes, etc. alors qu’ils sont des acteurs importants dans notre techno-société. En effet, cette « classe » est à l’origine de la plupart des objets et services que nous consommons et utilisons quotidiennement. En tant qu’ingénieur, j’ai donc voulu mettre mon grain de sel à ce sujet : les ingénieurs et le progrès.

Les ingénieurs sont près d’un million en France aujourd’hui et sont présents dans tous les secteurs, de l’écologie à l’automobile en passant par l’agro-alimentaire, la santé, la finance, l’énergie, le transport, le génie civil, les sports et loisirs, les télécommunications, la chimie, l’informatique et bien d’autres domaines encore. Cela représente autour de 3% des actifs mais imaginez que c’est près de 35 000 ingénieurs qui arrivent dans le monde du travail chaque année, contre moins de 10 000 au milieu des années 70. Certes, le titre « d’ingénieur » a beaucoup évolué depuis. Considérés comme des « savants » dans les années 50, ils sont aujourd’hui de « super techniciens » ou des « super commerciaux » dans une proportion significative (pas tous quand même) et le métier d’ingénieur a bien changé. Cependant, leur contribution au progrès de notre société est importante dans notre monde hyper-technologique. Mais au fait, c’est quoi un ingénieur aujourd’hui ? Quand on tape « ingénieur » dans Google image, la plupart des images montrent un bonhomme avec un casque et une cravate, étrange stéréotype complètement dépassé…

Le métier d’ingénieur

Il y a autant de métiers différents au sein des ingénieurs que de domaines dans le monde du travail. En fait, dans le terme d’ingénieur, il faut plutôt y voir un titre plutôt qu’une fonction ou un métier. Généralement cadres ou dirigeants mais pas toujours, les ingénieurs organisent le travail dans les entreprises, les organismes et l’industrie. Ils doivent avoir les compétences techniques et humaines nécessaires au bon déroulement des différents projets en gérant les aspects techniques, humains, commerciaux, budgétaires, environnementaux, etc. Idéalement, pour définir un ingénieur, j’aimerais donner cette réponse :

« Un ingénieur est une personne ayant suivi une formation scientifique théorique et technique lui permettant d’utiliser ses connaissances de manière à favoriser le progrès en améliorant le quotidien des citoyens ».

Progrès et innovation

Malheureusement, j’ai l’impression que ma définition ci-dessus ne s’applique pas à une part significative des ingénieurs français qui sont soumis à la loi du travail et de l’argent où les ingénieurs sont en quelque sorte cantonnés à appliquer des recettes de cuisine toutes faites et que la notion de progrès ne fait pas vraiment partie de leur mission de marchandisation. En revanche, depuis quelques décennies, « on » n’arrête pas de vanter l’innovation dans les entreprises et les grandes écoles. Je me souviens à ce sujet avoir suivi un cours dénommé « management de l’innovation » en école d’ingénieur il y a plus de 10 ans et cette expérience m’avait laissé pantois… Je trouve cette frénésie de l’innovation tout à fait inadéquate et surfaite. Je rejoins totalement Etienne Klein et Denis Lafay dans leur dernier ouvrage sur ce point lorsqu’ils expliquent que le progrès possède une portée bien plus grande que l’innovation. Le progrès prend en compte une « philosophie de l’histoire » et ambitionne d’améliorer notre avenir en prenant en compte le passé alors que l’innovation n’est qu’un levier parmi d’autres pour atteindre cet objectif.

Pourquoi ne parle-t-on plus de progrès mais d’innovation aux futurs ingénieurs ? Il est clair que désormais, on ne demande plus aux ingénieurs d’accroître les connaissances de l’homme et des entreprises pour permettre un progrès de notre société mais bien des innovations pour rester compétitif et augmenter les bénéfices dans une mondialisation sans pitié. C’est une fois de plus l’argent qui dirige… Je suis peut-être idéaliste (certains emploierons l’épithète de « naïf » à mon égard) mais je continue de penser que pour être heureux et s’accomplir dans son métier, la notion de progrès est primordiale contrairement à cette innovation tant acclamée et réclamée à tort et à travers. Pour moi (mais peut-être ai-je tort), le progrès est fait pour aider les hommes en améliorant la vie quotidienne dans notre société, alors que l’innovation est faite pour aider les entreprises et le capitalisme.

Ingénieur au CERN…

Dans mon métier d’ingénieur au CERN (organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), je conserve cette idée de progrès autant que possible. Certes, le monde du CERN et le monde de l’entreprise n’ont à première vue pas grand-chose en commun, mais quand même ! Nous avons les mêmes contraintes de ressources, de planning, de stress, de protection de l’environnement, etc. Nous sommes une organisation internationale à but non lucratif ayant pour objectif de doter la communauté scientifique des hautes énergies d’instruments de hautes technologies pour augmenter la connaissance de l’homme sur la matière et ses interactions. En d’autres termes, nous ne vendons rien, nous ne faisons aucuns bénéfices et nous ne servons pas directement les intérêts de la population. En revanche, pour atteindre cette noble tâche (que certains pourraient qualifier d’inutile), nous favorisons le progrès de notre société pour 4 raisons :

  • la science fondamentale: L’augmentation de la connaissance de l’homme sur la matière permettra à d’autres personnes et entreprises de découvrir de nouvelles technologies dans l’avenir, parfois révolutionnaires. J’aime bien dire que « ce n’est pas en faisant de l’innovation sur la bougie que l’homme a découvert l’électricité pour mieux s’éclairer ».
  • les technologies: Pour fabriquer ces instruments scientifiques, comme les accélérateurs de particules, nous développons des technologies qui participent directement au progrès. Par exemple, la recherche et la fabrication d’aimants supraconducteurs de hautes technologies pour le LHC a favorisé la fabrication de machines IRM de résolution inconcevable il y a encore quelques décennies dans les hôpitaux.
  • le transfert technologique: Pour fabriquer certains composants en grande quantité, le CERN fait appel à l’industrie de ses pays membres en leur transférant directement les technologies nécessaires à leur fabrication.
  • la formation: Toutes les technologies et les savoirs développés au CERN retournent dans l’industrie et les entreprises des pays membres à travers les personnes formées au CERN qui retournent dans leur pays d’origine.

En une phrase pour conclure : vous autres ingénieurs, exprimez-vous et pensez au progrès, cela fait partie de la beauté de votre métier !

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Publié dans Science et Philosophie, Livres, Sciences sociales

Les étoiles à neutrons

Publié le 25 novembre 2017 | Un commentaire

Le 17 août 2017, les interféromètres LIGO et Virgo ont détecté les ondes gravitationnelles émises vraisemblablement par la collision de deux étoiles à neutrons. Cet évènement a fait beaucoup moins de bruit médiatique que les premières ondes gravitationnelles détectées par LIGO en 2015 lors de la fusion de 2 trous noirs (voir ce billet).

Eh oui, tout le monde connait les trous noirs, ça fait un peu rêver, à la frontière entre réel et science-fiction mais les étoiles à neutrons sont tout aussi intrigantes de par leurs caractéristiques proches de celles des trous noirs, à la différence près que nous pouvons « voir » ces étoiles particulières…

Les étoiles à neutrons sont des cadavres

En tout premier lieu, soyons clairs, les étoiles à neutrons ne sont pas vraiment des étoiles mais des cadavres d’étoiles. En effet, une étoile est définie en astronomie comme un ensemble de gaz aggloméré par gravitation au point de déclencher une réaction de fusion thermonucléaire : les étoiles transforment ainsi l’hydrogène dont elles sont majoritairement composées en hélium.

Quand les étoiles n’ont plus assez de combustible, c’est la mort de l’étoile. Si cette dernière est assez grosse, au moins 8 fois plus grosse que notre soleil, cette mort se manifeste sous forme d’une supernova, c’est-à-dire une gigantesque explosion très lumineuse dans le ciel qu’on peut même parfois voir en plein jour. Plus l’étoile est grosse, plus la supernova est impressionnante.

La supernova la plus connue: la nébuleuse du crabe, prise par le télescope spatial Hubble.

Toute la matière de l’étoile originelle est alors dispersée aux alentours (c’est d’ailleurs la raison pour laquelle vous pouvez dire que « votre grand-mère est une super nova », explication ici) et dans le cas des plus grosses étoiles, cette supernova peut donner naissance à une étoile à neutrons, voire à un trou noir si l’étoile est encore plus grosse. En gros, l’étoile à neutrons est l’objet céleste le plus dense qu’il nous est donné de voir, à la limite du trou noir où la densité de matière ne permet plus à la lumière de s’échapper.

A quoi ressemble une étoile à neutrons

Les chiffres des étoiles à neutrons peuvent donner le vertige. L’étoile à neutrons n’est pas très grande, on peut même dire qu’elle est ridiculement petite pour un objet céleste, soit un peu plus de 20 kilomètres de diamètre mais sa masse est comprise entre 1,4 et 3,3 fois celle du soleil (1,5 milliards de milliards de milliards de tonnes). Si vous en preniez un centimètre cube, un petit dé à coudre, il pèserait environ 1 milliard de tonnes !! Enfin, vous avez compris, une étoile à neutrons, ce n’est pas très gros mais c’est lourd !

Les étoiles à neutrons ne sont pas exclusivement faites de neutrons. Une telle étoile est composée de plusieurs couches, qui sont de plus en plus denses quand on se rapproche de son centre. Les chercheurs sont assez d’accord pour les couches externes mais ça se corse pour le centre de l’étoile où la physique actuelle commence à toucher ses limites. Selon la masse de l’étoile, certains chercheurs pensent que plusieurs compositions sont possibles avec pas moins de 6 variantes mais ces structures peuvent être sujet à débat (étoiles à neutrons classiques, étoiles à neutrons avec condensat de pions, étoiles à quarks, étoiles étranges, étoiles à nucléons, étoiles à hypérons).

Les différentes couches d’une étoile à neutrons avec les différentes variantes pour le centre (W. Becker).

Pulsars et magnétars

Les étoiles à neutrons tournent sur elles-mêmes à grande vitesse et cette rotation s’accompagne d’un intense jet de lumière radiofréquence dans un axe bien particulier à chaque rotation de l’étoile : on parle alors de pulsar qui « pulse » cette lumière régulièrement. Ces astres sont comme les phares de l’univers qui balayent l’hyper-espace de leurs faisceaux lumineux intenses à fréquences fixes.

On trouve des pulsars dans des restes de supernovas, le plus célèbre étant le pulsar de la nébuleuse du Crabe, né de l’explosion d’une étoile massive. Cette supernova fut observée par les astronomes chinois depuis le matin du 4 juillet 1054, en plein jour pendant trois semaines et durant la nuit pendant près de deux ans.

La rotation de l’étoile à neutrons, jusqu’à près de 100 tours par seconde, génère un champ magnétique titanesque qui peut atteindre 100 milliards de teslas. A titre de comparaison, le plus puissant aimant fabriqué par l’homme génère un champ d’environ 20 teslas et le champ magnétique de la Terre est de 45 millionièmes de teslas… On parle alors de magnétar (abbréviation de magnetic star = étoile magnétique).

Evolution comparée des vitesses de rotation d’une étoile à neutrons isolée, dans un système binaire et d’un magnétar. (source)

Il arrive aussi qu’une étoile à neutrons tourne autour d’une autre étoile, c’est un système binaire. Si cette deuxième étoile, aussi appelée compagnon, est également une étoile à neutrons, c’est un pulsar double, mais un seul objet de ce type a été découvert à ce jour. Ces objets sont fondamentaux pour les physiciens car ils permettent de valider des théories comme la relativité générale dans des cas extrêmes. Jusqu’à présent, Einstein tient bon : la relativité générale n’a jamais été mise en défaut et ces nouvelles détections d’ondes gravitationelles produites lors de la colascence de 2 trous noirs ou 2 etoiles a neutrons sont un succès.

Simulation de la collision de 2 étoiles à neutrons par la NASA (j’adore :-D)

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Publié dans astrophysique

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Venenum : une expo envoutante à la Confluence

Publié le 16 septembre 2017 | Écrire un commentaire

Vendredi dernier, 08 Septembre 2017, nous étions conviés (nous, Benjamin et Noémie qui écrivons ce billet à quatre mains), en tant que blogueurs scientifiques à une petite visite guidée de l’exposition temporaire « Venenum » au musée des Confluences à Lyon. C’était la quatrième fois que nous nous rendions dans ce superbe musée, et c’est toujours un bonheur.

Le musée des confluences, situé au point de rencontre entre le Rhône et la Saône à Lyon.

Cette expo pluridisciplinaire est dévouée aux poisons et autres substances vénéneuses ou venimeuses comme son nom, volontairement polysémique, l’indique.  La chargée d’exposition nous a d’ailleurs raconté que ce titre, « venenum », a tout d’abord fait hérisser quelques cheveux mais fonctionne bien au final pour cette exposition qui fait un carton : déjà 200 000 visiteurs depuis avril 2017 et l’expo a donc été prolongée jusqu’en avril 2018 (jusqu’au vendredi 13 pour être exact !).

La pomme

Tout commence avec une pomme aux effluves numériques semblant empoisonnés, visible tout le long de l’exposition grâce à des jeux d’ouvertures et une exploitation de l’espace en diagonale. Cette scénographie soignée construit une ambiance « venenum » et met aussi ainsi physiquement en scène la transversalité de l’exposition qui confronte histoire, sciences de la nature et du vivant (chimie, pharmacologie, zoologie, botanique), ethnologie, physique, etc.

La pomme empoisonnée, assortie de lumière verdâtre, avec des jeux d’émanations virtuelles qui évoquent aussi bactéries et autres mystères fantastiques…

En voyant cette pomme, la première intuition amène à l’esprit Blanche-Neige ou le jardin d’Eden mais nous, nous n’oublions pas Alan Turing. Turing est l’un des pères de la logique moderne et des calculateurs (les futurs ordinateurs !), c’est lui qui cassera le code de chiffrement allemand de la machine Enigma pendant la seconde guerre mondiale pour permettre aux alliés de gagner la guerre plus rapidement que prévu (en effet, on estime que la guerre a été raccourcie de 2 ans grâce aux messages codés allemands rendus déchiffrables). Eh bien pour le féliciter, les anglais le condamneront à la castration chimique, car il était ouvertement homosexuel, et il se suicidera en croquant une pomme imbibée de cyanure quelques années plus tard. Un classique pour ce fan de Blanche-Neige…

La chargée d’exposition nous raconte par ailleurs que le musée a reçu un appel téléphonique cocasse d’une mère affolée car son enfant, qui avait bien évidemment, comme presque tous les individus normalement constitués, touché la pomme de l’exposition, présentait à présent des maux de ventre… Bref, vous l’avez compris, c’est une expo dangereuse et nous avons bravé maints dangers pour ramener nos photos sur ce blog !!

Vénéneux, Venimeux, ou toxique ?

La question est classique, mais la réponse pas toujours évidente pour tout le monde :

  • Est venimeux tout organisme capable d’injecter un venin (toxines, enzymes) de manière délibérée à un potentiel adversaire ou prédateur. Par exemple, les scorpions, les guêpes, certaines araignées, etc.
  • Est vénéneux toute substance ou organisme possédant du venin toxique pour quiconque l’ingère ou le touche dans certains cas. Par exemple, certains champignons ou végétaux, certaines grenouilles ou encore certains poissons.
  • Est toxique toute substance pouvant faire du mal à un organisme vivant. Donc tout ce qui est venimeux ou vénéneux est par définition toxique, en incluant aussi des minéraux comme le plomb, le mercure, le radium, etc.

Une des questions qui nous taraude est « quel est l’organisme vivant le plus dangereux ? ». Eh bien nous sommes ressortis de l’exposition avec notre question ouverte car la réponse est tout simplement impossible à donner puisqu’il n’existe pas de quantification scientifique normée pour les venins et autres poisons. On notera d’ailleurs qu’on entend souvent parler du « plus mortel des animaux » pour parler d’un serpent ou d’un poisson alors que cette phrase n’a tout simplement pas de sens (que prend-on ? Le nombre de victimes, la fulgurance d’un venin, sa quantité ?). La chargée d’exposition nous expliquera d’ailleurs qu’au début ils avaient pensé à faire une sorte « d’échelle de dangerosité » pour chaque animal, plante ou minéral mais qu’ils avaient vite abandonnée l’idée devant la complexité et les désaccords entre les différents intervenants.

Cependant, nous aimons à penser qu’on pourrait considérer une telle échelle pour chaque substance chimique en les classant selon la masse nécessaire pour tuer un homme adulte bien portant de 70 kg. Après il faut aussi prendre en compte le temps d’action et le mode d’inoculation (toucher, inhalation, ingestion, intraveineuse, etc.), Enfin bref, ça peut vite être compliqué mais si on considère simplement l’ingestion sans prendre le temps en compte, on obtient un truc du genre :

  • 0,001 mg de toxine botulique
  • 7 mg d’amatoxines
  • 14 mg de strychnine
  • 70 mg de ricine
  • 420 mg de cyanure

A méditer…

Des tableaux, des animaux naturalisés… et vivants !

Cette expo n’est pas comme les autres de par sa nature pluridisciplinaire et « multi-supports », si on peut parler de « support » dans ce cas précis. En effet, on peut y rencontrer des tableaux antiques comme la mort de Cléopâtre mordue par un aspic (les tableaux ne sont pas des reproductions, comme le pensent certains visiteurs en raison de la relative proximité avec les œuvres…), des « poissons ballons » naturalisés (comme le fugu pour lequel les cuisiniers japonais doivent impérativement suivre une formation pour préparer ses filets sans risquer de liquider la tablée) mais aussi une mygale vivante ainsi que dix autres espèces toxiques bien vivantes (veuve noire, grenouille bleue « Dendrobate azureus »…). Il aura fallu près d’un an d’autorisations et de paperasses pour que l’exposition ai le droit de présenter ces animaux au public dans un musée qui n’est ni un zoo ni un vivarium (et ne prétend pas le devenir !).

Un « poisson ballon » venimeux naturalisé dans le musée

Les empoisonneuses

L’expo parle bien entendu des empoisonneuses à travers les âges, un des archétypes (sexiste) de la femme, potentiellement sournoise et mauvaise, qui a fasciné et fascine toujours, de l’antiquité à nos jours (cf exposition « présumées coupables » aux archives nationales cette année).

Les anecdotes sont ici souvent croustillantes, et macabres…

Nous, nous aimons bien cette empoisonneuse bretonne du 19ième siècle, Hélène Jédago, présentée dans les médias comme la plus grande tueuse en série de l’histoire de France qui possède une soixantaine de personnes empoissonnées à son actif. Il parait que sur une simple remarque désagréable, cette cuisinière pouvait vous concocter un petit gâteau à l’arsenic dans la foulée…

Il y a encore la jeune Marie Lafarge, qui s’emmerde ferme en Corrèze dans une cahute pleine de rats (tiens, de la mort aux rats), et de peu plaisants beaux-parents, et occit son mari avec un gâteau à la crème. Enfin, rien n’est tout à fait sûr, l’expertise médico-légale en est alors à ses balbutiements et les conclusions des chimistes s’opposent dans cette affaire, même si le célèbre Orfila (pionnier de la toxicologie médico-légale) aura le dernier mot.

« C’était grand-mère l’empoisonneuse ! » Détective, n° 497, 9 janvier 1956.

Des poisons au quotidien

Une partie de l’expo est dédiée aux poisons qui nous entourent. En effet, tout le monde est exposé à des poisons quotidiennement et ce depuis fort longtemps. Il y a notamment des substances vénéneuses comme la mort aux rats autrefois faite à base d’arsenic (elle est désormais faite à partir d’anticoagulants) et qui était très courante pour éliminer les rongeurs ou divers membres de sa famille afin d’accélérer un peu les successions. Il parait qu’avec la création des assurances vies, les ventes de mort aux rats ont été boostées…

On peut citer également les intoxications au plomb qui étaient un classique chez les enfants via les petits soldats de plomb, les peintures[1] ou les canalisations, et qui provoquent le saturnisme. Sans parler de l’amiante qui était omniprésente dans les constructions, le radium et autres éléments radioactifs utilisés au début de leur découverte dans des produits de beauté (ils symbolisaient le « Progrès »), les pesticides, les perturbateurs endocriniens et autres éléments de notre environnement moderne. La pollution en général est une question d’empoisonnement de la nature et de l’homme à petit feu et qui est bien plus subtil que la mort aux rats du siècle dernier. L’expo interroge la définition du poison, la multiplicité de la notion… Même si nous verrons après que parfois, ce qui tue peut aussi guérir.

La crème de beauté « Tho-Radia » était composée de thorium et de radium (2 éléments hautement radioactifs) , et vendue entre 1932 et 1937, date à laquelle il est devenu interdit de commercialiser en France des produits contenant des éléments radioactifs.

Nous aimons bien aussi la petite anecdote écologique qui explique qu’après la première guerre mondiale, les stocks de gaz moutarde (hautement toxique et mortel pour l’homme) ont été réutilisés dans les champs français pour tuer les rongeurs et augmenter les rendements de l’agriculture d’après-guerre.

« La destruction des mulots par les gaz asphyxiants ; essais dans l’Aube. » (article de presse, collection particulière du Musée des Confluences, 1923).

[1] L’anecdote de Michel Pastoureau sur Napoléon probablement mort à Sainte-Hélène suite aux inhalations d’un pigment toxique mérite ici d’être évoquée. Le « vert de Schweinfurt » (fabriqué avec du cuivre dissous dans de l’arsenic), dont il est friand et par ailleurs très à la mode alors, recouvre les murs de sa résidence, imprègne tentures et tapisseries. Ce vert « arsenisé » fait très mauvais ménage avec l’humidité du lieu où ses composants s’évaporent… Au 19ème, un certain nombre d’accidents mortels ont lieu en Europe, notamment dans les chambres d’enfant (M. Pastoureau, Vert, histoire d’une couleur, Paris, Seuil, 2013).

Des venins pour soigner

Par ailleurs, depuis longtemps, les poisons sont aussi utilisés à des fins thérapeutiques et sont présents chez les apothicaires. Ils peuvent posséder des vertus soignantes à faible dose tout en étant mortels à plus forte dose. C’est le moment de citer la célèbre maxime « Tout est poison, rien n’est poison : c’est la dose qui fait le poison ». Plusieurs recherches sont d’ailleurs actuellement en cours pour faire de nouveaux médicaments à base de venin, par exemple avec du venin de mygale pour synthétiser un puissant analgésique dans un futur proche.

Etagère d’apothicaire lyonnais possédant de nombreux poisons comme la Ciguë par exemple.

En conclusion, nous vous invitons fortement à aller visiter cette expo venenum avant sa fermeture en avril 2018 et vous suggérons d’en profiter pour faire un tour dans ce gigantesque musée qui traite des sciences et de l’homme dans toutes ses dimensions.

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Publié dans Sciences sociales

Le CERN en 13 photos de 2016

Publié le 1 janvier 2017 | Un commentaire

Bonne année 2017 !

Pour commencer l’année, voici ma sélection d’une photo par mois prises en 2016 au CERN (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire), pour parler un peu de tous les projets, et pas seulement de l’accélérateur de particules LHC. Vous noterez néanmoins que 3 photos sont liées au HL-LHC qui rentrera en service en 2026 et constituera une amélioration majeure du LHC.

Mais avant tout, voici ma photo préférée hors catégorie pour 2016 : une photo prise en Novembre 2016 du calorimètre 4-Pi de nTOF EAR1. Cette expérience de physique s’intéresse au temps de vol des neutrons pour déterminer avec précision leur énergie cinétique et ainsi mieux les comprendre. Ces neutrons sont produits à partir de collisions entre un faisceau de protons pulsé de 20 GeV/c du Proton-Synchrotron (PS) et d’une cible fixe de spallation en plomb. Après 185 mètres de vol, les neutrons arrivent dans ce calorimètre pour mesurer leur énergie.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Janvier 2016

Transport du TDI pour HL-LHC. Le TDI (Target Dump Injection) permet d’absorber les éventuelles pertes de faisceau lors de son injection entre une ligne de transfert et un accélérateur. Cet élément est ainsi une protection de la machine pour éviter d’éventuels dommages occasionnés par le faisceau si son insertion dans la machine est défaillante.

© CERN. Photograph: Bennett, Sophia Elizabeth

Février 2016

Installation de la cellule plasma de AWAKE dans l’ancienne zone souterraine de CNGS. Voir mon billet de l’année dernière sur AWAKE qui accélèrera très prochainement des électrons par effet sillage dans un plasma de rubidium à partir d’un faisceau de protons de 400 GeV provenant du SPS.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Mars 2016

Test de modules pour HIE-ISOLDE en salle blanche au SM18. Isolde est une expérience de séparation d’isotopes pour produire des éléments exotiques. HIE-ISOLDE permettra de ré-accélérer à hautes énergies (jusqu’à 5,5 MeV/u) des faisceaux d’ions radioactifs créés à partir de collisions entre un faisceau de protons de 1.4 GeV issu du PSB (Proton-Synchrotron Booster) et d’une cible fixe.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Avril 2016

Prototype d’écran de faisceau pour le FCC-hh. Vous connaissez ce projet d’accélérateur de particules de 100 km de circonférence ? C’est le FCC (Future Circular Collider). Voir ce billet de juillet 2015 pour plus d’informations. L’écran de faisceau permet de capturer toutes les sources de chaleur (lumière synchrotron, courant image, nuage d’électrons) issus du faisceau pour limiter les charges thermiques sur les aimants supraconducteurs refroidis à très basse température tout en assurant un vide extrême dans le tube faisceau.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Mai 2016

Premier câble supraconducteur en niobium-étain pour le HL-LHC en train d’être fabriqué à l’aide d’une machine Rutherford au bâtiment 163. Ce câble sera utilisé dans un dipôle de 11 Teslas ! Les câbles supraconducteurs des aimants du LHC sont actuellement tous en niobium-titane et produisent un champ magnétique de 8 Teslas. A partir de 2026, le HL-LHC possèdera 8 nouveaux dipôles de 11 Teslas et 24 nouveaux quadrupôles de 12 Teslas autour des points de collisions de ATLAS et CMS. C’est plus de 1 km de LHC qui sera remplacé.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Juin 2016

Un bébé faucon sauvé par un employé sur un parking du CERN à Meyrin. Il a été remis aux autorités compétentes pour le nourrir et le protéger. Il sera ensuite remis en liberté dans la région.

© CERN. Photograph: Bennett, Sophia Elizabeth

Juillet 2016

Le groupe de rock « MUSE » visite le Centre de Contrôle du CERN (CCC) en présence de Mike Lamont, le chef de l’opération des accélérateurs (à gauche). C’est depuis cette salle que tous les accélérateurs et leurs infrastructures sont pilotés 7j/7 et 24h/24. Le CERN reçoit régulièrement des « VIP » souhaitant visiter ses installations et le CERN reçoit au total plus de 100 000 visiteurs par an !  Si l’envie vous prend, n’hésitez pas : https://visit.cern/

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Aout 2016

Salle de contrôle du centre de calcul (bâtiment 513). Tout est « vert » : les données issues des collisions des détecteurs du LHC sont en sécurité.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Septembre 2016

Expérience ALFA, au point 1 du LHC (détecteur ATLAS). ALFA (Absolute Luminosity For ATLAS) est constitué de 4 « pots romains » (2 de chaque côté du point de collision) qui permettent de mesurer la luminosité lors des collisions élastiques de protons dans le détecteur ATLAS. Ces collisions élastiques n’ont lieu que lorsque les faisceaux se croisent avec un angle très faible dans le LHC (avec un très grand beta*). Dans ce cas, les protons se « traversent » l’un l’autre tout en restant intacts mais en changeant de direction. Un article récent du bulletin du CERN explique tout cela assez clairement. Extrait: « L’objectif de physique de l’expérience ATLAS/ALFA consiste également à réaliser une mesure précise de la section efficace proton-proton totale, puis d’utiliser cette mesure afin de déterminer la luminosité absolue du LHC au point 1 pour l’exploitation avec un bêta étoile de 2,5 km. »

© CERN. Photograph: Suykerbuyk, Ronaldus

Octobre 2016

Fin des travaux de ICARUS au bâtiment 156 avant son transport vers les USA. ICARUS est un ancien détecteur de neutrinos utilisé au laboratoire de Gran Sasso en Italie en collaboration avec le CERN (ancienne expérience CNGS). Ce détecteur a été entièrement « remis à jour » au CERN cette année pour être réutilisé dans deux nouvelles expériences de neutrinos à Fermilab aux USA près de Chicago.

© CERN.Photograph: Steyaert, Didier.

Novembre 2016

Premier faisceau dans le tout nouveau décélérateur ELENA. Eh oui, au CERN, on ne fait pas qu’accélérer des protons, on décélère aussi des anti-protons pour étudier l’antimatière. ELENA permet de décélérer encore plus des anti-protons venant de AD (Antiproton Decelerator) jusqu’à 5,3 MeV.

© CERN. Photograph: Brice, Maximilien

Décembre 2016

Non ce n’est pas un gâteau d’anniversaire mais un prototype de quadrupôle 12 Teslas pour le HL-LHC imprimé en 3D. Les futurs quadrupôles du HL-LHC permettront de beaucoup plus concentrer les faisceaux qu’avec le LHC pour produire 10 fois plus de collisions dans le même temps. Les imprimantes 3D permettent aujourd’hui de concevoir des prototypes réalistes en peu de temps et à moindre coût avant de passer au prototypage avec les matériaux réels souvent très onéreux.

© CERN. Photograph: Bennett, Sophia Elizabeth.

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Publié dans Phys. Particules/Quantique, Physique

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