La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Les constantes fondamentales Roland Lehoucq Service dAstrophysique, CEA Saclay.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Les constantes fondamentales Roland Lehoucq Service dAstrophysique, CEA Saclay."— Transcription de la présentation:

1 Les constantes fondamentales Roland Lehoucq Service dAstrophysique, CEA Saclay

2 De quoi parle t-on ? Constante : PHYS., Valeur numérique de certaines grandeurs permettant de caractériser un corps. Grandeur particulière dont la valeur est fixe (masse et charge de lélectron, constante de Planck, par ex.) et qui joue un rôle central dans les théories physiques. Cette définition pose plusieurs questions : Combien y a-t-il de constantes ? Sont-elles toutes équivalentes ? Quel rôle jouent-elles exactement ? Pourquoi leurs valeurs sont-elles fixes ? …

3 Faire une liste des constantes Constante = tout paramètre non déterminé par la théorie que lon utilise (absence déquations dévolution) ; doit être mesurée. La liste reflète notre ignorance plutôt que nos connaissances. Etudier les constantes dune théorie = Explorer les limites de la théorie où elles apparaissent Tenter dexpliquer leur valeur par une théorie plus large Ex. : relativité générale + modèle standard = 21 constantes La liste dépend de qui la composée et de quand il la faite. Mesurée car leur calcul est trop complexe (viscosité, …). Mesurée car leur calcul est impossible (c, …).

4

5 Les 21 constantes… Masses des particules 12 6 quarks (up-down, top-bottom, strange-charm) 3 leptons massifs (electron, mu, tau) les bosons W ± et Z 0 (interaction faible) le boson de Higgs (brisure de symétrie électrofaible) Interaction W-quark 4 Gravitation 1 c et h 2 Constantes de couplage 2 électromagnétisme interaction nucléaire forte

6 … mais lon pourrait aussi compter Masses des neutrinos : + 3 Une masse par famille de lepton Interaction neutrinos-Higgs : + 4 Constante cosmologique : +1 Matière noire : + n Si elle est constituée de nouvelles particules

7 Le statut des constantes Classe A : caractérise un système physique donné par ex. masse ou moment magnétique dune particule élémentaire Classe B : caractérise une classe de phénomènes par ex. les constantes de couplage Classe C : constantes universelles par ex. c et h ; interviennent dans un cadre théorique plus général

8 La classe dune constante dépend du temps !

9 LumièreElectromagnétismeVitesse invariante Masse nulle Dynamique relativiste Transformation de Lorentz Structure de lespace-temps Chemin historique Chemin théorique moderne Le cas de la vitesse de la lumière

10 Détour par la métrologie et les unités Mesure physique Détermination du rapport entre deux quantités de même nature dont lune est supposée invariante (étalon). Valeur dune quantité physique Un nombre sans dimension ET un produit dunités associées à des étalons. Dimension La caractéristique physique liée à chacun des étalons (M, L, T, …) Remarques Les physiciens nont pas toujours procédé ainsi. La valeur dune constante dimensionnée dépend des unités choisies. Les relations entre quantités physiques ne dépendent pas des unités.

11 Mesure de la masse de lélectron en kg le kg est défini par un étalon en platine iridié

12 La valeur dun paramètre fondamental ne dépend pas du système dunités Elle ne peut être choisie de façon arbitraire. But (idéal) à atteindre : être capable de calculer sa valeur. Nombre de dimensions < nombre de constantes Exemple :3 dimensions (masse, longueur, temps) 5 constantes (m 1, m 2, v, l, E) Groupe 1 : M = m 1 ; L = l ; T = l/v( unités fondamentales) Groupe 2 : m 2 /M, ET 2 /ML 2 (paramètres fondamentaux) Il y a un lien entre dimensions et constantes

13 Combien dunités fondamentales ?

14 Y a-t-il un système dunités «naturel» ? Les systèmes dunités furent dabord anthropomorphiques… …puis devinrent plus universels. 26 mars 1791 : le mètre est la millionième partie dun quart de méridien terrestre.

15 La plaque de la sonde Pioneer 10

16 Des unités aux constantes J.C. Maxwell (1870) If we wish to obtain standards of length, time and mass which shall be absolutely permanent, we must seek them not in the dimensions, or motion or the mass of our planet, but in the wavelength, the period of vibration, and absolute mass of these imperishable and unalterable and perfectly similar molecules. G. Johnstone-Stoney (1881) Nature presents us with 3 such units. (construites à partir de G, c, e) M. Planck (1900) It offers the possibility of establishing units for length, mass, time and temperature which are independent of specific bodies or materials and which necessarily maintain their meaning for all time and for all civilizations, even those which are extraterrestrial and nonhuman, constants which therefore can be called fundamental physical units of measurement.

17 Unités de Johnstone-StoneyUnités de Planck

18

19 Quel choix dunités fondamentales ? c, G, h : des synthétiseurs de concepts Ces constantes ont créés des ponts entre des concepts auparavant pensés comme séparés. c : espace et tempsespace-temps h : onde et particulefonction donde G : espace-temps matière

20 c, h : valeurs « limite »

21 Dautres choix sont-ils possibles ? 2 unités fondamentales (T, L) 2 constantes fondamentales (c, longueur de la CF) les paramètres fondamentaux varient dans le temps Théorie des cordes Théorie quantique des états dun objet élastique 1D, la corde fondamentale. La masse au repos de la corde fondamentale est liée à sa longueur. Une particule (masse, spin) = un état de vibration de la corde fondamentale. Les 4 interactions fondamentales seraient unifiées ; il ne reste alors quun seul paramètre sans dimension, la constante de couplage des cordes. Lespace doit possèder 6 dimensions supplémentaires, dont la forme et la taille sont décrites par quelques centaines de paramètres…

22 Les constantes varient-elles ? 1937 : Paul Dirac développe son hypothèse des grands nombres. Hypothèse :(exclue par Teller, puis Gamow) Seule la mesure des variations dune constante sans dimension a un sens : la constante de structure fine aurait été plus faible dans le passé.

23 La constante de structure fine Elle caractérise lamplitude des phénomènes électromagnétiques. Elle est mesurée avec une précision extrême (à près) Les effets que lon cherche à mesurer sont TRÈS petits.

24 Mesure (1) : méthode atomique Un atome est caractérisé par son spectre H He Na Atome dhydrogène Structure non relativiste Structure fine Structure hyper-fine Effets relativistes et couplage spin-orbite Couplage spin électron-proton La position relative des raies dépend de.

25 Les transitions atomiques servent à fabriquer des horloges ! Idée : si varie, des horloges utilisant des atomes différents ne doivent pas battre exactement au même rythme. Avantages : reproductible, haute précision. Inconvénient : mesure locale (en temps et en espace). Résultat sur la comparaison du 133 Cs et du 87 Rb

26 Mesure (2) : méthode nucléaire La stabilité du noyau résulte dune compétition entre la force nucléaire forte (attractive) la force électromagnétique (répulsive entre protons) Désintégration béta du rhénium demie-vie ans

27 Mesure (3) : Oklo, un réacteur naturel Ce réacteur a opéré durant ans, il y a 2 milliards dannées !

28 4 conditions furent réunies : enrichissement naturel en 235 U modération par leau faible concentration en absorbeurs de neutrons taille de la chambre Le taux de réaction dépend de La reconstruction du puzzle nucléaire conduit à

29 Mesure (4) : spectre des quasars

30

31 La partie du spectre que lon observe dépend de z.

32 1999 VLT 2004

33 Pourquoi ces valeurs ?

34


Télécharger ppt "Les constantes fondamentales Roland Lehoucq Service dAstrophysique, CEA Saclay."

Présentations similaires


Annonces Google