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La Relativité à l’épreuve de l’expérience 1818-50: Fresnel,Fizeau 1880: Michelson-Morley 1960: Chocs de billes* 1940: Muons atmosph.* 1919: Sir A.Eddington.

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1 La Relativité à l’épreuve de l’expérience : Fresnel,Fizeau 1880: Michelson-Morley 1960: Chocs de billes* 1940: Muons atmosph.* 1919: Sir A.Eddington 1960: Pound et Rebka* 1980: Ondes gravitationnelles ( PSR1913+ )

2 Ole Römer, élève de J.Picard Prend le contrepied de G.Cassini, Directeur de l’Observatoire Royal, (et auteur des fameuses Tables) Römer prétend que le retard des éclipses d’Io est dû à la finitude de la vitesse de la lumière

3 chlorophylle 1869: découverte, dans les raies du Soleil, d’un élément inconnu sur Terre: l’hélium. 1830: A.Comte… 1851: Kirchhoff ! Code-Barre !

4 Edwin Hubble: II v = km/s (!) Effet Doppler:  ’/  =1+v/c 1924 galaxies lointaines: spectre décalé !

5 Hippolyte Fizeau ( ) 1851: Vérifie la formule de Fresnel (« entrainement partiel de l’éther ») =1 ère loi relativiste !! 1-1/n : 1ère mesure terrestre de c (> O.Roemer et J.Bradley) TL v’=(v-u) /(1-uv/c 2 ) u (R’)

6 (2c.t) 2- (2v T.t) 2 =(2c.t’) 2 u (R’) v T = 30 km/s (  =10 -4 ) x=  (x’+u.t’) t=  (t’+x’u/c 2 ) x’ 1 =x’ 2 in (R’)  x’=0  t=  t’ Transf.Lorentz: x’=  (x-u.t) t’=  (t-xu/c 2 ) (tps propre = le plus court)

7 La Relativité dans les chambres à bulles •Trois expériences particulières: chocs « p dans H 2 », « d dans D 2 O » ou «  dans He » sont des chocs de type « billard » •Ces trois projectiles sont disponibles dans les cyclotrons les plus anciens (Lawrence,1932) •Ces trois types de cibles sont exploitables en chambres à bulles (Glaser, 1956) •Les masses M1 et M2 sont égales: l’angle des particules émergentes est un angle droit parfait (aux faibles vitesses) •Aux vitesses très élevées, l’angle se resserre, en adéquation parfaite avec les équations de la Relativité Restreinte

8 La Relativité dans les accélérateurs •Depuis le cyclotron de E. Lawrence (1932) jusqu’à l’expérience LHC (2007), les énergies ont été multipliées par un facteur (de 2 MeV à 1000 GeV). •L’énergie augmente, mais la vitesse des particules « plafonne » à la vitesse-limite c= km/s •Des pions de vitesse « c » émettent des photons: v phot = c ! La règle d’addition des vitesses est sévèrement modifiée... ce qui explique la vieille formule de Fizeau 1-1/n 2. •Les particules accélérées ressentent la Contraction des Longueurs: pour un électron du L.E.P., les 30 km de circonférence de la machine ne sont plus que 150 m. •La dilatation du temps impose de remplacer le cyclotron par un synchro-cyclotron

9 La Relativité dans la Nature •Le bombardement des rayons cosmiques sur la haute atmosphère produit des muons (  ) qui arrosent la Terre. •Un  ne vit que 2.2 microsecondes: pendant cette courte vie, il ne devrait parcourir que 600 m… •Ces  atmosphériques (99,8% de la vitesse de la lumière) franchissent pourtant 15 km jusqu’au sol… •Pour nous, c’est une expérience de Dilatation du Temps : ces muons relativistes vivent 30 fois plus longtemps. •Pour le  c’est une Contraction des Longueurs: l’épaisseur apparente d’atmosphère à traverser n’est que de 600 m !!

10  + He  He Source = 218 Po 7 MeV =  NON-relativistes  = 90° (et donc  ==He!) Chocs de billes Ingrédients: 1)Cyclotron (Lawrence 1932) = 2 MeV… Cosmotron (Brookh, 1952, 2 GeV), Bevatron (Berkeley, 1954, 6 GeV), AGS (CERN,1959, 30 GeV) 2) Chambre à bulles (Glaser 1960) 3)  sur He, p sur H 2, d sur D 2 O

11 G.Gamow, Mr.Tomkins in wonderland

12 Ions lourds ultra-relativistes (ALICE,2007 ) wanted

13 Relativité M.C.Escher A.Einstein t’= . 2,2  s x’=12 km t =2,2  s x=600 m muons haute atmosphère

14 p + N    .. puis  DEA IReS Strasb.2004  = 2.2  s (L=600m?) m = 105 MeV/c 2 p=  mv = 20 GeV  = 200 L=  c  =15 km! Rayonnement cosmique: p 300 GeV 28  !

15 Relativité Générale

16 1913: Lettre d’Albert Einstein à l’astronome George Hale

17 1915 !! g ? géométrie ! Soleil, Trous Noirs.. +Univers !

18 L’éclipse de 1919

19 Les géomètres de l’Univers courbe 1915: Equations de la Relativité Générale 1917: Univers courbe, en expansion (De Sitter) 1919: Univers courbe, statique (Einstein) 1922: Univers courbe, dynamique (Alexander Friedmann) 1919

20 Conséquences testables •Rougissement de la lumière (visible 1922,  ) •Retard horloges: 40 ns (Alley, 1977) •Déflexion de la lumière (Soleil, arcs d’Einstein) •Périhélie de Mercure (résidu) •Ondes gravitationnelles (PSR1913; VIRGO) •Modèles d’Univers (Friedmann) •Modèles de Trous Noirs (Hawking) •Gravity Probe B (2004)

21 1907: Principe d’Equivalence g =  ou g’ = g+ 

22 Pb: localement seulement Algèbre tensorielle !

23 Le Verrier Newcomb Einstein Shapiro

24 1958 Le pb

25 1959

26 13 octobre 1993 •NOBEL pour Russell Hulse et Joseph Taylor •Pulsar PSR (T=59 ms) •(1967: Jocelyn Bell & Anthony Hewish) • : H&T trouvent 40 pulsars à Arecibo •PSR1913 est double: 2 étoiles à 1.4 M sol •(Orb: R s ) Av.périhélie >> Mercure: 4 deg/an •T orb = 7.8 h •Ralentissement:  T orb =76  s/an •Accord avec émission ondes gravitationnelles: 1.2% • R orb décroit: collision prévue dans 300 MA

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