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

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

La physique des particules, Où est passée lanti-matière? Guy Wormser Laboratoire de lAccélérateur Linéaire d Orsay IN2P3/CNRS and Université Paris Sud.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "La physique des particules, Où est passée lanti-matière? Guy Wormser Laboratoire de lAccélérateur Linéaire d Orsay IN2P3/CNRS and Université Paris Sud."— Transcription de la présentation:

1 La physique des particules, Où est passée lanti-matière? Guy Wormser Laboratoire de lAccélérateur Linéaire d Orsay IN2P3/CNRS and Université Paris Sud

2 La physique des particules et les astroparticules Les enjeux Compréhension de l infiniment petit Compréhension de l infiniment grand Les grands mystères d aujourdhui La démarche et les outils Tout sur lanti-matière! Conclusion

3 La compréhension de l infiniment petit Antiquité!

4

5 Dans les classes de lycée,… Dans les lycées français, la seule décoration officielle est la bonne vieille table de Mendéléiev (1868) Le programme de physique ne mentionne presque pas le monde subatomique Plutôt étrange dans un pays où 80% de lénergie provient de lénergie nucléaire Il y a vingt ans, la mécanique relativiste figurait au programme… En résumé, la physique enseignée à la population générale française sarrête vers en gros vers 1900.

6 Glané lors dune exposition photo à Naples sur lAfghanistan! (Mars 2005)

7 Les quarks et les leptons Quarks : « Legos » élementaires de la matière Tout assemblage de trois quarks ou dune paire « quark-antiquark » correspond à une particule existant dans la nature (stable ou instable) Leptons : particules élémentaires (ie sans structure interne et ponctuelles) qui ne sont pas sensibles à linteraction forte

8 Le ciment de l Univers Les quatre forces fondamentales Gravitation, Interaction forte, électromagnétique, faible Les messagers de ces forces Graviton, gluon, photon, W/Z 0 L unification de ces forces

9 Les 4 interactions (ou forces) fondamentales Ces particules élémentaires sont soumis à 4 forces fondamentales (de la plus faible à la plus forte) La gravitation (attraction proportionnelle à la masse) Linteraction faible (désintégrations radioactives) La force électromagnétique (électricité, magnétisme) Linteraction forte (cohésion des noyaux)

10 Les « vecteurs » des forces Chaque interaction est véhiculée par une particule spéciale, vecteur de la force en question: Gravitation : graviton Interaction faible: W,Z Electromagnétisme: photon (la lumière!) Interaction forte : gluon Cest léchange permanent de gluons entre les quarks à lintérieur dun proton qui donne au proton sa cohésion

11 Lunification des forces faibles et électromagnétiques Diffusion eletron- proton->electron (electromagnétique) Diffusion electron- proton-> neutrino(force faible)

12 Lantimatière A chaque particule, correspond une antiparticule aux propriétés (quasi) identiques. La charge électrique dune antiparticule est lopposé de la particule correspondante. Lorsquune particule rencontre une antiparticule, elles sannihilent et libèrent de lénergie. Cette énergie donne souvent lieu à la création de plusieurs particules nouvelles. Une antiparticule est en quelque sorte limage de sa particule dans un miroir. Lunivers au moment de sa création contenait autant de particules que dantiparticules. Lunivers qui nous entoure nest formé maintenant que de particules Les antiparticules sont formées dans les collisions entre particules dans le cosmos, dans les étoiles, ou auprès daccélérateurs

13 Historique de lantimatière 1928: léquation de DIRAC régit le mouvement dun électron relativiste en mécanique quantique (Paul DIRAC, , Prix Nobel 1933, lun des pères de la Mécanique Quantique) 1931 : Dirac saperçoit quil existe une deuxième solution à son équation : une particule de charge positive et dénergie négative… D. Anderson découvre lanti-électron, le positron (ou positon)

14

15 Le fonctionnement du soleil Les 4 forces fondamentales et les 4 particules de la première famille sont indispensables au fonctionnement du soleil Formation et allumage de létoile causée par la gravitation Réactions de fusion nucléaire dans le soleil avec linteraction faible et forte Production de lumière par électromagnétisme

16

17 Les réactions de fusion nucléaire dans le soleil p+p->Deutérium+ e + +neutrino

18

19 Le Modèle Standard Superbe construction théorique, la plus complexe réalisée à ce jour Basé sur deux théories de jauge SU(2)xU(1) pour la force électro-faible et SU3 pour la force forte Possède un pouvoir prédictif très fort. Testé au LEP au pour mille près dans certaines prédictions clé! Ne peut pas être la solution définitive: forces faible et forte non unifiées, trop de paramètres libres, problèmes théoriques sérieux Quelle est la bonne théorie qui l englobe? Trois secteurs clés: Le boson de Higgs La violation de CP la recherche de nouvelles particules

20 La démarche et les outils Comment étudier l infiniment petit le principe de la sonde Petite distance Grande énergie Petite distance Grande énergie Annihilation et création La démarche scientifique Une question fondamentale reliée à une quantité observable par une prédiction théorique Un projet de détecteur (et un accélérateur) : simulation très détaillée et R&D Construction de l appareillage Prise de données Analyse, publications. Durée du cycle : environ 15 ans ! Qu observe-t-on?

21 faisceaux protons, muons, neutrinos,etc cible détecteur 1 2 Cible fixe Faisceaux en collision proton electron detecteur proton positron antiproton Gargamelle avec un faiceau de neutrinos

22

23 La démarche de reconstruction Prenez dix plaques de chocolat Coupez chaque plaque en deux morceaux comme vous voulez Prenez chaque morceau et pesez le. Regardez la distribution des poids obtenue Prenez deux morceaux au hasard et pesez les ensemble. Regardez la distribution des poids obtenue Prenez trois morceaux au hasard et pesez les ensemble. Regardez la distribution des poids obtenue

24 Les distributions Il existe un objet « plaque de chocolat » qui a été coupé en deux morceaux et dont le poids est de 100 grammes Poids total Probabilité 1 morceau 3 morceaux Deux morceaux

25 Les accélérateurs Machines nécessaires à l exploration du monde subatomique linéaires collisionneurs ou même cosmiques!

26 Méthodes daccélération 1_ Champ électrostatique gain d énergie : W=n.e(V 2 -V 1 ) limitation : V générateur = V i 2_ Champ radio-fréquence Synchronisme L=vT/2 v=vitesse de la particule T= période RF

27 Laventure scientifique continue!! Cette affiche explique lensemble de la matière connue dans lUnivers Mais cette matière ne représente que 5% du contenu de lUnivers!!!!! 25% de matière noire 70% dénergie noire Laffiche ne mentionne pas le boson de Higgs, particule hypothétique qui doit permettre de comprendre le mécanisme de brisure de la symétrie entre les forces faible et électromagnétique Pourquoi et comment lantimatière a-t-elle disparu ? On a observé la violation de la symétrie entre matière et antimatière. Ces toutes petites différences sont nécessaires pour expliquer ce phénomène mais le niveau observé ne permet pas encore de comprendre le passage dun état initial composé à part égales de matière et dantimatière à lUnivers daujourdhui. Quelle est la structure exacte de lespace-temps? Rendez-vous dans 10 ou 20 ans pour une nouvelle affiche qui ne contredira pas celle daujourdhui mais lenglobera dans une théorie plus complète!

28 Le boson de Higgs Associée à la brisure spontanée de la symétrie électro-faible Particule scalaire associée à un champ scalaire : remplit lespace de facon homogene et isotrope: ralentit la propagation des particules en interagissant avec elle: il leur donne une masse Ceci relie le boson de Higgs à la gravitation et à la constante cosmologique (énergie du vide)

29 Les succès du modèle standard Décrit très précisement les interactions des constituants et des vecteurs de force, ainsi que des vecteurs de force entre eux Rôle fondamental du LEP Prédit les propriétés du boson de Higgs et en particulier sa masse Il y a OBLIGATOIREMENT un boson de Higgs (ou quelque chose qui joue ce rôle) dans le domaine denergie du LHC !

30 Les failles du modèle standard Pourquoi exactement trois familles de particules de matière avec une telle différence entre les familles ? Lasymétrie matière –antimatière telle quobservée actuellement ne peut exister quavec au minimum trois familles de quarks! Unification des forces forte et électro-faible Unification avec la gravitation Brisure de la symétrie électro-faible (Trop) Nombreux paramètres Réglages beaucoup trop fins Masse non nulle des neutrinos Le LHC va très probablement fournir les éléments clé de lau-delà du Modèle Standard

31 Les grands mystères La masse des particules : Le boson de Higgs Le nombre de familles et la disparition de l antimatière de l Univers:violation de CP Pourquoi le modèle standard est-il à la fois bancal sur le plan théorique et si précis??? Qu y a t il au delà du Modèle Standard? Quelle est l histoire et la géométrie de l Univers? Existe-t-il d autres dimensions?

32 La compréhension de l infiniment grand Remonter l histoire de l Univers! Le Big Bang La synthèse des noyaux Les rayons cosmiques La matière noire?? Les nouveaux messagers ! (photons et protons de très haute énergie, neutrinos, ondes gravitationnelles )

33

34 Où est passée lanti-matière Au début du big bang, autant de matière que dantimatière Pour 1 milliard de quark et 1 milliard dantiquark, 1 quark subsiste ! Cette asymétrie fondamentale entre matière et anti-matière est lun des grands mystères daujourdhui! Pour le comprendre, on fabrique en laboratoire des milliards de particules de matière et dantimatière et on compare leurs propriétés

35 La violation de la symétrie « CP » Découverte « fortuitement » en 1964, quelques années après la découverte de la violation de la symétrie « parité » Explorée systématiquement depuis 1998 dans le système des mésons B Le grand paradoxe du modèle standard: Incapable dexpliquer lasymétrie baryon- antybaryon de lUnivers Explique parfaitement lasymétrie B-antiB observée jusquà présent!!!!

36

37

38 Lasymétrie matière antimatière et le Modèle Standard Les propriétés fines de la matière ne sont pas les mêmes que celles de lantimatière Le Modèle Standard de la Physique peut parfaitement en rendre compte UNIQUEMENT sil existe au moins TROIS familles de quarks et de leptons

39 A quoi set lantimatière ? En Physique des particules Pour fabriquer des collisionneurs les plus efficaces! : e+e- ou proton-anti-proton A contraindre les lois fondamentales : propriétés du proton vs anti-proton, etc… Masse Spectroscopie atome hydrogène vs atome antihydrogène Gravitation ! Dans la société Exemple du TEP A rencontrer un martien!

40

41

42 A quoi ne sert pas lantimatière Transport Bombes …

43 electronspositrons 43

44 Antimatter production in a laboratory Electron beam rays electron- positron pairs metal plate 44

45 45 LAL klystron hall

46 46 accelerator wave guide

47 AdA at LAL

48 48

49 A glass of water contains about 30 trillion trillion electrons 49 Dealing with electrons one by one!

50 Commemorative plate at the LAL entrance 50

51 From AdA to LEP, from circular colliders to linear colliders from circular colliders to linear colliders credit J.-E. Augustin and K. Yokova ILC DCI ACO 51 DA NE

52

53

54

55

56 Lasymétrie matière-antimatière résoud le problème!

57 Conclusion La physique des particules est lexploration de linfiniment petit : particules élémentaires et interactions fondamentales Lunivers nest composé que de matière : un des plus grands mystères actuels Les paradoxes du modèle standard Les propriétés fines de la matière ne sont pas les mêmes que celles de lantimatière! Les familles et nous!


Télécharger ppt "La physique des particules, Où est passée lanti-matière? Guy Wormser Laboratoire de lAccélérateur Linéaire d Orsay IN2P3/CNRS and Université Paris Sud."

Présentations similaires


Annonces Google