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La nature connaît-elle la différence entre PASSE et FUTUR ? Les êtres vivants, OUI Les processus physiques complexes, OUI (entropie, frottement, systèmes.

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1 La nature connaît-elle la différence entre PASSE et FUTUR ? Les êtres vivants, OUI Les processus physiques complexes, OUI (entropie, frottement, systèmes à grand nombre de particules) ? Mais les processus physiques simples usuels, (pendule simple) NON

2 La mécanique classique, ou lélectricité, ne connaissent ni passé ni futur, ni gauche ni droite …. nies Les particules élémentaires. Distinguent gauche et droite, passé et futur

3 Avant de parler du renversement du temps, parlons de la symétrie entre gauche et droite… Les Interactions faibles ne respectent rien... Le Neutron nest pas stable mais a une vie moyenne de 15 minutes, n ---> p + e - + e

4 Le neutron se comporte comme un petit aimant, En pratique, on nutilise pas un neutron isolé, mais la désintégration du Cobalt: 60 Co --> Ni + e + anti- Co

5 on loriente à laide dun électroaimant bobiné à gauche ou à droite Co les électrons de la désintégration (rayonnement ) ne devraient pas changer de direction si on change le sens du bobinage …. e-e- Mais en réalité, la majorité des électrons sont émis dans la direction opposée au spin, cest-à dire dans une direction qui dépend du sens du bobinage

6 Les interactions faibles font la différence entre GAUCHE et DROITE Une autre façon de voir les choses: Lexpérience vue dans le miroir est-elle réalisable ???

7 Ou encore : si je vois un film dune expérience, puis-je dire sil sagit dune image dans un miroir?

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10 Lexpérience vue dans le miroir Lexpérience réalisée avec un appareil identique à celui vu dans le miroir

11 Ou encore : si je vois un film dune expérience, puis-je dire sil sagit dune image dans un miroir? OUI! On parle de Violation de la PARITE (P) X > -X Voir exemple

12 Pouvons-nous donc conclure que, la symétrie P x -x étant violée, il en va de même (Einstein relie x et t ) de la symétrie T: t -t ??? En fait non, et il nous reste encore des surprises …

13 Méfions-nous des Antimartiens Matière Anti - Matière Ou:

14 E 2 = m 2 c 4 + p 2 c 2 E = (m 2 c 4 +p 2 c 2 ) E = m c 2 2 solutions : E > 0, E<0 Mécanique quantique E > 0 : création dune particule Ou destruction dune antiparticule E < 0 :destruction dune particule création dune antiparticule MatièreAnti-Matière

15 Exemples dantiparticules electron e - anti-électron =postiron e + neutron nanti-neutron n proton p + anti-proton p - K + K - K 0 Même masse Même spin Charge opposée Moment magnétique (aimentation) opposé La symétrie C (charge) permute particule antiparticule Exemples dantiparticules

16 Particule et Antiparticule sannihilent On les utilise aux accélérateurs (par ex., le CERN à Genève) pour produire de nouvelles particules, par exemple les vecteurs des interactions faibles, Z et W

17 Gauche Droite Particule Antiparticule Les interactions faibles respectent presque C P Méfions-nous des Antimartiens

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19 Mais certaines réactions brisent même la symétrie CP ! exemple

20 Que lon parte de matière ou dantimatière, les e+ sont toujours les plus nombreux; on définit ainsi sans ambiguïté les e+ comme type d ANTIMATIERE; les autres définitions suivent.

21 Mais certaines réactions brisent même la symétrie CP ! exemple On peut distinguer un Martien dun Antimartien en toute sécurité…

22 Les interactions faibles brisent dont les symétries P : x -x C: Particule Antiparticule Et respectent approximativement (mais pas complètement ) la symétrie conjugée: C P Quen est-il de T?

23 Le théorème T C P: Toute théorie locale est invariante sous le produit des trois symétries C : particule antiparticule P: gauche droite T: passé futur CP T Il sagit ici dune brisure FONDAMENTALE de T, Sans rapport avec lentropie, et au niveau même dune seule particule!

24 Le cobaye des symétries TCP : la particule K° Cette particule est produite abondamment aux accélérateurs, ainsi que son antiparticule, lanti-K° Bien que ces particules soient neutres, on peut différencier facilement le K° de lanti-K°; le premier est par exemple produit en association avec un K -, tandis que lanti K° sera alors accompagné dun K + De même, leurs désintégrations sont différentes +

25 La particule K° peut nontamment - se désintégrer, par exemple en - e + - se transformer en anti K° De même, lanti K° peut de même - se désintégrer, notamment en + e - anti - se transformer en K° Si T était respecté, Proba( K° anti K°) = Proba(anti K° K°) T?

26 Un anti-K produit au centre du détecteur avec dautres particules (K - ) se propage vers le haut, puis se désintègre. La trace du K° est invisible,car il est neutre La désintégration, avec un e + (trajectoire représentée ici en rouge) montre quil sest transformé en vol en K. Lexpérience montre que la transition anit-K vers K est légèrement plus probable (de 0.6 %)que la réciproque, La physique microscopique nest donc pas symétrique sous T

27 La particule K° peut nontamment - se désintégrer, par exemple en - e + - se transformer en anti K° De même, lanti K° peut de même - se désintégrer, notamment en + e - anti - se transformer en K° Si T était respecté, Proba( K° anti K°) = Proba(anti K° K°) Lexpérience montre que : Proba ( K° anti K°) Proba (anti K° K°) T

28 Mais on aimerait un test plus explicite Pour le moment, lexpérience suivante nest pas encore réalisée, mais les mesures progressent. Elle fournira alors un test saisissant…

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30 Le temps semble connaître trois « orientations » à priori indépendentes: -la flèche donnée par la tendance au désordre (entropie) (frottement, échauffement), très probablement lié au temps biologique (vieillissement). -Lorientation du temps liée à lexpansion de lUnivers: on peut prendre le rayon de lUnivers comme une mesure de ce temps. Est-il lié au temps entropique? Que se passerait-il si on allait vers une contraction? (on sait que ce nest pas le cas) -Le temps microscopique, pour qui les phénomènes sont simplement différents dans un sens du temps et lautre, sans notion de désordre dans un sens ou lautre

31 Une autre conséquence de ces notions Au début de lUnivers: La gravité produit autant de matière que dantimatière: N matière = N anti-matière Aujourdhui, nous ne voyons plus aucune antimatière primordiale, Mais un excès de matière subsiste: Matière et antimatière sannihilent, Pour former (entre autres) des photons

32 Cette asymétrie, minuscule, cest toute la matière de notre Univers (nous compris) N matière - N anti-matière = n Aujourdhui, nous ne voyons plus aucune antimatière primordiale, Mais un excès de matière subsiste:

33 Les 3 conditions du Dr Sakharov Non-conservation du nombre baryonique Par exemple, le proton nest pas stable, mais pourrait avoir un temps de vie de années… Violation de la symétrie C P (particule-antiparticule)X(gauche-droite) Situation de déséquilibre dans lévolution de lUnivers Les interactions fondamentales peuvent expliquer ce petit excès de matière!!

34 Toutes ces conditions sont rencontrées dans la physique des particules moderne, Mais … Ce serait le sujet dun autre exposé…


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