Sortir de Diaspar

À la quête des ondes gravitationnelles

2012-02-05T18:11:00.002+01:00

La théorie de larelativité générale prédit que souscertaines conditions, une masse fortement accélérée peut produire des ondesgravitationnelles ; celles-ci se manifestent par une perturbation del'espace-temps qui se propage à la vitesse de la lumière. L'origine de cesondes est directement reliée à la masse, tout comme l'origine des ondesélectromagnétiques est liée à la charge électrique ou magnétique. Contrairement à la charge électrique quiexiste sous deux formes : positive et négative ; la masse - autant qu'on lesache - n'existe que sous une seule forme (il n'existe a priori pas de masse négative).Ce fait a des conséquences sur la nature des ondes gravitationnelles - on ditqu'elles sont quadripolaires - et sur les phénomènes qui peuvent les engendrer,qui doivent être asymétriques.

Jusqu'à présent lesondes gravitationnelles n'ont jamais été détectées directement, par contrel'observation du pulsar binaire PSR B1913+16 a permis de mesurer précisément etde suivre l'évolution de la période de rotation des deux composantes autour de leurcentre de masse. La mécanique classique est incapable de rendre compte duraccourcissement de cette période de rotation au cours du temps, par contrel'application des équations de la relativité générale permet de parfaitementexpliquer les mesures par une dissipation de l'énergie du système sous formed'ondes gravitationnelles. Cette observation a valu le prix Nobel de physique1993 à Russel Alan Hulse et à JosephHooton Taylor Jr.

La propagation d'uneonde gravitationnelle s'accompagne d'une déformation de l'espace. Il n'y a aucune déformation dans le sens depropagation de l'onde, par contre dans le plan perpendiculaire au sens depropagation de l'onde, l'espace se contracte dans une direction et se dilatedans la direction orthogonale. L'amplitude de la déformation est minuscule etextrêmement difficile à détecter.

Toute masseaccélérée de manière asymétrique émet des ondes gravitationnelle, dans lapratique, les effets ne deviennent notables que pour de très grandes massessoumises à de très fortes accélérations. Les bons candidats pour une émissionmassive d'ondes gravitationnelles sont des phénomènes cosmiques cataclysmiquestels que l'effondrement asymétrique d'une étoile ou la coalescence de systèmesbinaires (étoiles à neutrons ou trous noirs). On suppose également qu'il existedans l'Univers un fond d'ondes gravitationnelles dites primordiales issu de lapériode d'inflation qui a suivi le big-bang. Il s'agit en quelque sorte del'équivalent gravitationnel durayonnement de fond cosmologique à 2.7 Kelvin qui lui est de natureélectromagnétique.

La détection directedes ondes gravitationnelles constituerait une confirmation éclatante du pouvoirprédictif de la théorie de la relativité générale (bien que la mesure de lapériode de rotation du pulsar binaire PSR B1913+16 démontre déjà très probablementleur existence). Malheureusement cette détection est extrêmement difficile,elle consiste à mettre en évidence la variation infime de la géométrie d'unobjet sous l'effet du passage d'une onde gravitationnelle. Si elle possède unegéométrie adéquate, une masse test traversée par une onde gravitationnelle vavibrer en se contractant dans une direction et en se dilatant dans la directionorthogonale, la variation relative de longueur est directement reliée àl'amplitude de l'onde. On parle ici de variations relatives de longueurinférieures à 10-22 - 10-23, c’est-à-dire qu'une barre d'un mètrecorrectement placée, va voir sa longueur se modifier de 10-23 m, soit bien moins que la dimensiond'un atome !

Deux types dedétecteur ont été imaginés :

Les barres ou lessphères vibrantes ; il s'agit de masse réalisée dans des matériaux très purs etrefroidies à des températures cryogéniques pour limiter l'agitation thermiquedes atomes. Sous l'effet du passage d'une onde gravitationnelle, la masse vibreun peu à la manière d'une corde de guitare excitée par le passage d'une ondesonore. Tout comme la corde de guitare, ces détecteurs sont accordés sur unefréquence bien précise et seront insensibles au passage d'une ondegravitationnelle de fréquence différente. Pour mesurer la variation de longueur de la barre on utilise un systèmecapacitif (basé sur un condensateur) ou bien optique, basé sur une cavitérésonante de type Fabry-Perot. Voir par exemple la page web de la barrevibrante AURIGA.
Les dispositifsinterférométriques ; il s'agit d'interféromètres de Michelson c’est-à-dire dedispositif dans lesquels on injecte un faisceau laser qui se sépare dans deuxbras disposés à 90 degrés l'un par rapport à l'autre. Des miroirs placés aubout des bras renvoient les deux faisceaux afin de les faire interférer. Lepassage d'une onde gravitationnelle faisant varier la géométrie del'interféromètre modifie la figure d'interférence observée. Afin d'êtresensible à de très faibles amplitudes d'ondes gravitationnelles, il faut porterla longueur des bras à plusieurs kilomètres et recycler la lumière de façon àobtenir de grandes puissances lumineuses. L'avantage des interféromètres estd'être sensible à tout un domaine de fréquences. Le défi technologique estimmense, car afin d'atteindre la sensibilité nécessaire, il faut réduire auminimum toutes les sources de bruit de fond (bruit thermique, bruit sismique,variation infime de la puissance du laser, variation statistique du nombre dephotons interférant, etc.) qui auraient tendance à masquer l'effet recherché.

Vue aérienne de l'interféromètre VIRGO à Cascina près de Pise en Italie

Un réseaud'interféromètres géants s'est maintenant constitué avec notamment le projeteuropéen VIRGO en Italie et le projet américain LIGO composé de troisinterféromètres. Après des années de réglage les sensibilités théoriques desappareillages ont été atteintes (ce qui constitue un tour de force), mais aucunsignal d'onde gravitationnelle n'a été détecté pour le moment. Les deux projetsont maintenant entamé un programme ambitieux d'améliorations afin de multiplierleur sensibilité par un facteur 10, permettant d'avoir accès à des sources 10fois plus lointaines. Si elles existent, et peu de physiciens en doutent, lespremières ondes gravitationnelles devraient être détectées entre 2015 et 2020,lorsque ces interféromètres améliorés et correctement réglés seront enfonctionnement. Une nouvelle ère expérimentale s'ouvrira alors avec uneastronomie observationnelle basée sur la détection des ondes gravitationnelles.

Il existe desprojets de détecteurs encore plus sensibles, c'est le cas par exemple duTélescope Einstein (ET en anglais !) qui sera 10 fois plus sensible que VIRGOet LIGO dans leur configuration finale. Il s'agira d'un interféromètresouterrain pour s'isoler des bruits sismiques et ainsi être sensibles à desfréquences plus basses qu'un détecteur en surface. Il possèdera des bras de 10 km de long, et sesmiroirs seront refroidis à une température cryogénique.

Le concept d'interféromètre spatial LISA

Une autre voie est suivie avec le projet LISA enplaçant cette fois l'interféromètre dansl'espace et en portant la taille des bras à cinq millions de kilomètres. Ceprojet qui semble relever de la science-fiction est pourtant bien avancé et undémonstrateur nommé LISA Pathfinder doit être envoyé dans l'espace en 2013. Il s'agira de vérifier qu'il estpossible de placer les miroirs en chute libre et de maintenir l'appareillageautour sans contact physique. En d'autres termes, on doit être capable deplacer un miroir isolé en orbite et faire en sorte que le satellite semaintienne autour du miroir en asservissant sa position à l'aide demicro-moteurs. LISA est la seule voie possible pour atteindre les très bassesfréquences de l'ordre du milihertz. Si les difficultés technologiques sontrésolues LISA détectera à coup sûr toute sorte d'ondes gravitationnelles, lechallenge consistera alors à comprendred'où elles proviennent.

LISA et Einsteindevraient voir le jour dans les années 2020 et ouvrir la voie à des avancées physiques passionnantes.

Référence complémentaire :
http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2010/03_Virgo_Laser.pdf

Les coulisses des grandes expériences de physique des particules (2)

2012-01-22T19:39:00.000+01:00

Cet article est ledeuxième d'une série commencée ici.

Les physicien(ne)sne manquent pas d'idées, il y a dans les esprits tout un tas de projets plus oumoins embryonnaires, plus ou moins farfelus, afin de mesurer telle ou tellegrandeur qui pourrait confirmer ou infirmer telle ou telle théorie.

Le déclic vientsouvent d'une idée brillante. Dans le cas des collaborations BaBar au SLAC (USA) et Belle au KEK (Japon), l'idée de génie, proposée par Pier Oddone a étéd'imaginer un collisionneur possédant deux faisceaux d'énergies différentes.Cette asymétrie permettait de donner une impulsion aux particules créées lorsdes collisions ce qui permit de mettre évidence et de mesurer le phénomène de violation de la symétrie CPdans le secteur des quarks beaux (ou quarks b). De même, la découverte desbosons électrofaibles W et Z n'a été possible que suite à l'idée de CarloRubbia de transformer l'accélérateur SPS du CERN en collisionneur proton--anti-proton, transformation possible uniquement grâce à une autre idée génialesignée Simon van der Meer qui permettaitde créer des faisceaux intenses d'anti-protons. Le vrai génie n'est d'ailleurssouvent pas l'idée elle-même, mais la capacité de la personne qui l'a eu, de ladévelopper jusqu'au bout et d'arriver à la concrétiser.

Un physicien travaille à l'intérieur du détecteur BaBar au SLAC

Lorsque laconstruction d'une machine est décidée et que les financements sont à peu prèsacquis il convient de former des collaborations qui vont proposer desdétecteurs et un programme précis de physique. Les proto-collaborations sontsouvent issues d'un groupe de personnes se connaissant et travaillant depuislongtemps sur une thématique donnée. Elles vont s'enrichir peu à peu denouveaux collaborateurs jusqu'à devenir viables. S'ensuit une phasepassionnante de réflexion, de bouillonnement d'idées afin d'imaginer lemeilleur détecteur possible qui soit adapté aux contraintes de l'accélérateur.Cette première phase est menée sans trop s'inquiéter des contraintesbudgétaires. On dessine, on réalise des simulations plus ou moins sophistiquéespour vérifier l'intérêt de tel ou tel choix, on discute beaucoup, on s'empailleparfois… et on aboutit à une première ébauche du détecteur idéal avec souventplusieurs options pour chaque élément. Arrive alors le moment de chiffrer lecoût de l'ensemble et de comparer au budget alloué. Généralement le premier jetest trop cher par un bon facteur 2 ou 3. Il faut alors faire des compromis,estimer la dégradation des performances si l'on fait plus petit, moins précis,moins segmenté... moins bien…

À l'issue de cettephase, on a un (ou plusieurs) détecteurs acceptables budgétairement maispossédant encore pas mal d'options, toutes âprement défendues par leursconcepteurs. Dans le cas où plusieurs détecteurs doivent être construits (commeau LHC par exemple), on incite parfois deux ou trois collaborations à se réuniret à proposer un projet commun. Ce sont souvent des périodes difficiles, chaquecollaboration tentant de faire valoir l'intérêt de sa propre approche, leschoix sont difficiles et les déceptions sont nombreuses.

Parfois on voitémerger des idées assez étonnantes, par exemple lors des réflexions sur lesdétecteurs LHC, Carlo Rubbia avait proposé de réaliser une énorme boule de ferentourée de plans de détection de particules chargées. L'idée était d'absorbertoutes les particules produites dans les collisions et de ne détecter que lesmuons, seuls capables de traverser la boule de fer. En recherchant destopologies avec quatre muons il aurait été possible d'identifier certainesdésintégrations du boson de Higgs.

Il arrive quecertains éléments des détecteurs soient très performants sur le papier mais quel'on ne sache pas les fabriquer… Ce fut notamment le cas pour le LHC ou aumoment où les collaborations se sont formées, on ne savait pas fabriquerd'électronique suffisamment rapide pour suivre le taux de croisement desfaisceaux (25 ns entre les paquets de protons). Il faut alors lancer tout unprogramme de recherches et développements (R&D en abrégé) afin de réaliserles percées technologiques qui permettront de fabriquer les éléments enquestion. C'est à ce moment qu'ont lieu des transferts de technologie de la recherche vers l'industrie et viceversa. Par exemple à la fin des années 90, l'électronique des expériences surle LHC a grandement bénéficié des développements autour des circuits detélévision haute définition. Inversement l'industrie des matériaux composites aprofité de R&D effectuées au moment du LEP et on pourrait citer biend'autres exemples de ce genre.

Chaque étape estdocumentée dans des rapports : les participants aux proto-collaborationssignent une expression d'intérêt (EOI), c'est la phase où la futurecollaboration compte ses forces. Les premières idées sur le design desexpériences figurent dans une lettre d'intention (LOI) document de deux à troiscents pages contenant déjà une description relativement détaillée desdifférents éléments et des options.

L'un des TDR de l'expérience ATLAS

La dernière phase est formalisée dans un ouplusieurs rapports techniques ou Technical Design Reports (TDR), il s'agit làd'une description très détaillée de l'ensemble du détecteur, de l'électronique,du système d'acquisition, de l'informatique de traitement des données, etc. CesTDR peuvent facilement compter un millier de pages. En parallèle lacollaboration écrit aussi un document très complet sur l'ensemble de laphysique accessible au détecteur. Chaque sujet de physique est étudié en détailet les performances du détecteur et des techniques d'analyse sontminutieusement évaluées afin d'estimer la sensibilité du détecteur à tel ou telcanal de physique. Ici encore on parle de documents de plusieurs centaines,voire d'un millier de pages. La rédaction et le contrôle de la qualité de tousces documents nécessitent une organisation sans faille de la collaboration afinde faire travailler en cohérence des centaines de physiciens et d'ingénieurs.

Toutes les étapessont évaluées par des comités de revue internationaux dont les membres sontsélectionnés pour leurs connaissances et leur sens critique. Les agences definancement s'appuient sur les rapports pour débloquer les fonds et unemauvaise évaluation lors d'une revue entraine souvent une révision complète desprojets et des équipes.

Avant de se lancerdans la construction proprement dite, l'ensemble du projet est segmenté dansdes milliers de tâches individuelles qui doivent s'articuler les unes parrapport aux autres. On appelle cela en anglais : un WBS pour « WorkBreakdown Structure ». Le WBS permet aussi d'estimer le temps nécessaire àla réalisation des tâches et d'identifier des chemins critiques, c’est-à-diredes ensembles de tâches dont la réalisation va avoir un impact global sur letemps de construction du détecteur. Inutile de dire que les chemins critiquessont scrutés et surveillés comme le lait sur le feu, puisque tout retard sur unélément entrainera un retard global pour la collaboration.

Avec le WBS, chaquelaboratoire ou institut participant prend en charge un ensemble de tâches deconstruction en fonction de ses compétences, de ses centres d'intérêt et des financementqu'il apporte. Il faudra alors que tout soit parfaitement coordonné pour que lesmilliers d'éléments s'assemblent pour former le détecteur final.

À suivre...

IC434 - Le Cheval de Noël

2012-01-01T20:43:00.000+01:00

Un an jour pour jour après l'avoir déjà photographiée, j'ai de nouveau pointé ma lunette astronomique vers la constellation d'Orion et plus précisément sur la nébuleuse de la Tête de Cheval (IC434). Une nouvelle caméra dotée d'un capteur plus grand m'a permis de faire rentrer aussi la nébuleuse de la Flamme (NGC2024) dans le champ de l'image.

L'image de cette année a été réalisée sur deux nuits. La première a permis d'accumuler 32 poses individuelles de 4 minutes avec un filtre sélectionnant la raie H-alpha, caractéristique de l'hydrogène des nébuleuses par émission. Le filtre H-alpha permet de capter des variations ténues de luminosité qui seraient imperceptibles en lumière blanche. La deuxième nuit a été consacrée à l'acquisition de trois séries d'images avec des filtres rouge, vert et bleu qui permettent de reconstituer les couleurs de la nébuleuse. La photographie ci-dessus résulte de la combinaison des différentes séries d'images, représentant au total près de 6h30 de poses.

La grosse étoile entourée d'un halo bleu est nommée Alnitak, c'est-elle qui irradie intensément le gaz environnant et donne naissance à cette magnifique nébuleuse. Les cercles concentriques autour d'Alnitak sont des artéfacts liés à la constitution du filtre H-alpha et à la saturation du capteur CCD de la caméra.

Crouching physicists, hidden Higgs !

2011-12-17T01:45:00.000+01:00

Oui le Higgs secache, il se cache même bien le bougre ! Après deux ans de traque avec lesexpériences installées sur le collisionneur LHC au CERN, il n'y a toujours pasaujourd'hui de certitude quand à son existence.

Le 13 décembre avaitlieu au CERN un séminaire spécial pour faire le point sur l'état d'avancementde la recherche du Higgs par les collaborations ATLAS et CMS. Inutile de direque l'attente était grande. L'amphi du CERN était comble et le séminaire diffuséemondialement sur Internet a sans doute été suivi par des milliers de personnesmalgré son caractère très technique.

Fabiola Gianotti, laporte parole de la collaboration ATLAS a commencé par saluer la superbeperformance de l'équipe en charge du fonctionnement de l'accélérateur, et eneffet, les prédictions les plus optimistes ont été dépassées puisque 5.25inverse femtobarn ont été collectés par le détecteur ATLAS. L'unité estinhabituelle pour des non physiciens, cela représente des milliardsd'interactions. Au-delà de chiffres énormes, on comprendra la performance duLHC en sachant que le nombre de collisions enregistrées en deux ans danslesquelles une paire de quarks top est produite, représente déjà 10 fois lastatistique accumulée durant 17 ans par le Tevatron, l'accélérateur le pluspuissant au monde avant la mise en service du LHC et qui avait découvert le quarktop en 1994.

Ensuite FabiolaGianotti a montré l'accord quasi parfait entre les nombreuses mesures réaliséespar ATLAS et les prédictions du modèle standard de la physique des particules.En effet, dès leur mise en service les expériences sur le LHC se sont attachées àremesurer les paramètres du modèle standard afin de vérifier que détecteurs etprocédures d'analyse étaient bien compris. Certaines mesures sont déjàtellement précises que les physiciens théoriciens doivent reprendre leur copieafin d'affiner les prédictions et ainsi de traquer la moindre déviationexpérimentale qui pourrait révéler l'existence d'une nouvelle physique.

Bien qu'encorehypothétique, le Higgs dit standard, a des propriétés bien connues, seule sa massene peut être prédite par la théorie. On connait notamment ses modes dedésintégration et son taux de production dans les collisions proton - proton duLHC. En fonction de sa masse certains modes de désintégrations sontprivilégiés. Par exemple à basse masse - en dessous de 130 GeV - le canalprivilégié est le Higgs se désintégrant en deux photons. Un peu plus massif, etil faudra se tourner vers des modesproduisant des leptons (électrons, ou muons) accompagnés ou non de neutrinos,ou encore des modes avec des quarks se matérialisant sous la forme de"jets" de particules. Tout ces modes de désintégration coexistentdans des proportions diverses et sont dilués dans un bruit de fond que lephysicien analyste s'attache à réduire au minimum.

En fonction dunombre de collisions enregistrées et de la masse du Higgs on peut calculer lasensibilité des expériences à la présence d'un Higgs. Les physiciens cherchentdonc à mettre en évidence des déviations par rapport à une hypothèse sans Higgsdans les zones de sensibilité maximale. On peut ainsi exclure des domaines demasse avec un certain niveau de confiance quantifiable, ou bien au contraireobserver des déviations plus ou moins significatives.

En novembre 2011,l'analyse combinée des données des expériences ATLAS et CMS était résumée sur lafigure suivante :

Extrait de la présentation de Fabiola Gianotti au CERN le 13/12/2011

La zone desensibilité se trouve en dessous de la ligne rouge. La ligne pointilléecorrespond à la prédiction du modèle standard en l'absence de Higgs. Les bandesverte et jaune indiquent de combien une mesure peut statistiquement s'écarterde la prédiction, tout en restant compatible avec l'hypothèse de l'absence deHiggs. Cet écart se mesure en nombre de "sigma", une déviation d'unsigma étant non significative (bande verte), 2 sigma (bande jaune) correspond àune probabilité de 4.6% d'être conforme à l'hypothèse, 3 sigma à 0.27%, et ainside suite… pour prétendre à une découverte, on admet qu'il faut que la mesurediffère de la prédiction de plus de 5 sigma, la probabilité que l'effetobservé soit dû à une fluctuation statistique est alors de l'ordre de 6 chancespour 10 millions. Les points reliés par la ligne continue noire correspondentaux mesures ; on constate que dans le domaine de sensibilité, les mesures nes'écartent pas significativement de l'hypothèse sans Higgs, on peut donc excluretout le domaine de masse entre 141 et 476 GeV à plus de 95% de niveau deconfiance.

Avec l'ensemble descollisions enregistrées en 2010 et 2011, ATLAS obtient le résultat suivant qui a été présenté pour la première fois le 13 décembre :

Extrait de la présentation de Fabiola Gianotti au CERN le 13/12/2011

En grossissant lapartie à basse masse on observe dans la zone de sensibilité une déviation de 3.6 sigmas par rapport àl'hypothèse sans Higgs pour une masse voisine de 126 GeV.

Extrait de la présentation de Fabiola Gianotti au CERN le 13/12/2011

Cette déviation estvisible dans 3 canaux de désintégration différents (gamma gamma, 4 leptons et 2leptons / 2 neutrinos). Il faut moduler la portée de ce résultat par le faitque l'excès est vu en scrutant un large domaine de masse, or plus on fait demesures, plus on a de chance d'observer une fluctuation statistique importante(quand beaucoup de gens jouent au loto, il y a presque toujours un gagnant !)Cet effet est dénommé "look elsewhere effect" ("regarderailleurs" en français) et peut-être quantifié. Quand il est pris encompte, la signification statistique de la déviation tombe à 2.3 sigma. Parmiles canaux étudiés le Higgs --> gamma gamma est celui dans lequel ladéviation est la plus grande (2.8 sigma).

L'expérience CMS afait la même étude et observe une légère déviation par rapport à l'hypothèsesans Higgs pour des masses inférieures à 127 GeV mais la significationstatistique n'est que de 2.6 sigma et tombe à 1.9 sigma en incluant le"look elsewhere effect". CMS n'exclue donc pas un Higgs de bassemasse mais son observation est également parfaitement compatible avec unefluctuation statistique.

Le résultat de toutce travail est donc une indication pour une possibilité d'existence d'un Higgsayant une masse proche de 126 GeV mais il convient de rester trèsprudent et d'attendre les résultats de la prise de données de 2012 avec une statistique multipliée par aumoins 4 qui devrait être suffisante pour découvrir le Higgs ou l'excluredéfinitivement. On y verra alors plus clair pour continuer d'explorer laphysique du LHC. En tout cas, pour paraphraser Fabiola Gianotti, si le Higgs est vraiment dans cette zone de masse, il sera passionnant à étudier avec plusieurs canaux de désintégration accessibles aux détecteurs. De plus, si sa masse est faible, il est probable qu'un seul Higgs standard ne soit pas suffisant pour assurer la cohérence du modèle standard et cela serait une indication de l'existence d'autres phénomènes intéressants accessibles au LHC, tels que la supersymétrie.

Neutrinos véloces - suite

2011-11-19T15:05:00.001+01:00

Il y a un peu moinsde deux mois, la collaboration OPERA soumettait à la critique de la communautéde physique une mesure du temps de propagation des neutrinos entre le CERN etle laboratoire souterrain du Gran Sasso dans les Abruzzes en Italie, soit unedistance d'environ 730 km. Le résultat annoncé est très surprenant puisqu'ilindique que les neutrinos arrivent environ 60 nanosecondes (ns) plus tôt ques'ils voyageaient à la vitesse de la lumière dans le vide. Depuis, denombreuses contributions ont été apportées par les physiciens pour tenterd'expliquer le résultat ou bien pour pointer une possible source d'erreur. Pourl'instant aucune faille dans la procédure de mesure n'a pu être mise enévidence.

L'un des pointsdélicats de la mesure concerne la structure temporelle du faisceau deneutrinos. En effet, les neutrinos sont produits lors de la désintégration depions ou de kaons, eux même issus de l'interaction d'un faisceau de proton surune cible. Le faisceau de protons initial est pulsé, chaque bouffée de protonss'étalant sur un intervalle de 10.5 microsecondes. A l'intérieur de cetintervalle, la densité de proton n'est pas uniforme et possède une structureformant cinq pics.

Lorsqu'un neutrinosest détecté dans OPERA, il est facile d'identifier à quel pulse de proton ilappartient mais il est impossible de savoir à quel moment du pulse de 10.5microsecondes il a été engendré. On comprend donc la difficulté de la mesurepuisqu'il faut mesurer le temps de propagation des neutrinos avec uneprécisions de quelques nanosecondes alors que l'instant d'émission du neutrinopeut se trouver n'importe où dans une fenêtre de 10.5 microsecondes. Lacollaboration OPERA s'en sort grâce à la statistique ; en effet, si l'onobserve un grand nombre de neutrinos dans le détecteur OPERA on doit retrouverla structure en temps du faisceau de proton, c’est-à-dire la forme du pulse de10,5 microsecondes. Les physiciens mesure donc le temps d'arrivé des neutrinos, par rapport à un signal temporelparfaitement calé sur le début du pulse de protons. La distribution entemps des neutrinos enregistrée sur une longue période est ensuite ajustée parrapport à la forme des pulses de protons.

On comprend aisémentque cette procédure complexe ait été pointée comme une possible sourced'erreurs. On peut en effet imaginer des effets subtils qui modifient laforme effective des bouffées de neutrinos, comme par exemple un échauffement de la cible qui modifie la géométrie de celle-ci au cours des 10.5microsecondes d'exposition au faisceau de protons.

Structure temporelle du faisceau de protons utilisé
pour refaire la mesure du temps de propagation des

neutrinos (source : http://tinyurl.com/c7af9oj )

Afin d'éclaircir cepoint, le CERN a mis au point un faisceau de neutrinos avec une structuretemporelle totalement différente. Dans celle-ci les protons forment des pulsesde 3 nanosecondes de large et espacés de 524 nanosecondes. Il est alorspossible de mesurer précisément le temps de propagation de chaque neutrinodétecté au Gran Sasso puisque l'incertitude sur son temps d'émission n'est quede quelques nanosecondes. Pour des raisons techniques, un tel faisceau estenviron 60 fois moins intense que le faisceau initial possédant une structureen pulse de 10.5 microsecondes, mais le fait que le temps de propagation dechaque neutrino puisse être mesuré permet de se satisfaire d'une statistiquebien plus faible que lors de la première mesure.

En deux semaines deprise de données, OPERA a pu identifier et mesurer 20 interactions de neutrinosqui confirment parfaitement le premier résultat. La mesure obtenue correspond à une avancedes neutrinos par rapport au temps prédit pour une propagation à la vitesse dela lumière dans le vide de 62.1 nanosecondesavec une incertitude de 3.7 nanosecondes.

Le mystère restedonc entier et à ce jour il n'y a aucune explication à ce phénomène. L'annonce d'unedécouverte aussi fondamentale nécessitera une confirmation de la part d'uneexpérience indépendante. La collaboration MINOS aux États-Unis est parait-il entrain de préparer une mesure, mais il faudra être patient car une telle étude nécessite une compréhension totale des conditions expérimentales.

Les coulisses des grandes expériences de physique des particules (1)

2011-11-08T23:14:00.000+01:00

La physique des particules ou physique des hautes énergies met en œuvre des appareillagesgéants, probablement les plus complexes et les plus sophistiqués qui puissentêtre conçus. Cette complexité vaut à la physique des particules d'être classéesous l'appellation un peu réductrice de "big science" et d'êtreparfois dénigrée par certains chercheurs qui considèrent que le gigantismeexpérimental tue le sens physique. Bien que ce jugement de valeur n'ait à monavis pas beaucoup de sens et traduise une méconnaissance de la réalité, il fautreconnaitre que cette "big science" s'accompagne d'une méthodologieet d'une sociologie bien particulière. Il faut en effet mettre en place uneorganisation sans faille pour mener à bien de tels projets, impliquant de trèsnombreuses personnes d'origines diverses et des budgets conséquents.

Cette noteet la (ou les) suivante(s) présenteront quelques aspects de ces grandesexpériences.

Comme mis en avantpar le laboratoire Fermi aux États-Unis, les expériences sur les accélérateursde particules visent en principe à repousser deux types de frontières :

La frontière de l'énergie, où il s'agit de pousser l'énergie de collision au maximum afin d'explorer des domaines d'énergies correspondant à des phénomènes ayant eu lieu dans l'Univers à des périodes proches du Big-Bang.
La frontière de l'intensité, où il s'agit pour un domaine d'énergie donnée - situé en deçà de la frontière en énergie - pousser l'intensité des faisceaux au maximum de manière à obtenir le plus grand nombre possibles de collisions et ainsi de mettre en évidence des phénomènes très rares.

L'histoire de laphysique des particules et de ses découvertes est une succession d'avancées auniveau de ces deux frontières.

Lorsque l'on veutconstruire un accélérateur, se pose la question du choix de la particule àaccélérer. On ne dispose actuellement que de deux choix pratiques : le protonet l'électron, chacun associé à leur antiparticule. Dans les accélérateurscirculaires, les particules perdent une partie de leur énergie par rayonnement synchrotron proportionnellement à leur énergie et à l'inverse de la puissancequatrième de leur masse. L'électron étant environ 2000 fois moins massif que leproton, à énergie égale, celui-ci va rayonner 16 000 milliards de fois plus ! Achaque tour d'accélérateur, il faudra donc compenser cette perte encommuniquant une énergie encore plus grande. On comprend donc qu'il est plusintéressant d'accélérer des protons lorsqu'on veut repousser la frontière del'énergie.

Malheureusement lesprotons ont le gros désavantage de ne pas être élémentaires. Les protons sontdes objets complexes constitués de quarks et de gluons qui possèdent leurdynamique propre à l'intérieur du proton. À grande énergie, une collisionproton-proton ou proton-antiproton est en fait une interaction entre les quarkset/ou les gluons. L'énergie totale disponible se distribue entre lesconstituants du proton et l'énergie utile lors de la collision est divisée parenviron 6 (le nombre de quarks constituant les deux protons). D'autre part, leproduit de la collision est complexe et les effets intéressants du point de vuede la physique sont dilués dans "soupe" de particules de basse énergie qui brouillent le résultat. Cette "soupe" provient desinteractions "molles" des autres constituants élémentaires desprotons.

Les machines àprotons comme le Tevatron aux États-Unis ou le LHC au CERN sont typiquement desmachines de découvertes. En poussant l'énergie des collisions, les physiciensexplorent des territoires inconnus. C'est avec ce type de machine que la chasseau boson de Higgs ou aux particules supersymétriques s'effectue.

À l'inverse, lesélectrons sont des particules élémentaires, l'état initial lors de la collisionest parfaitement connu, de même que l'énergie disponible. Cette énergie estd'ailleurs ajustable très finement ce qui permet d'explorer un domained'énergie spécifique. Les machines à électrons sont typiquement des outils pourl'étude de précise de certains phénomènes. Le LEP a ainsi été qualifié de machine de métrologie pour les particulesZ et W.

Bien souvent ladécouverte d'un nouveau mécanisme a lieu sur un collisionneur de proton et sonétude est faite sur une machine à électrons. Ainsi, la découverte des bosons Wet Z, médiateurs de la force électrofaible, a eu lieu en 1983 sur le SppS(Super proton antiproton Synchrotron) au CERN. Ces deux particules ont ensuiteété étudiées en détails sur le LEP (Large Electron Positron collider). Il ensera sans doute de même pour le Higgs, qui s'il est découvert avec le LHC, seraproduit abondamment et mesuré avec le futur collisionneur linéaire d'électrons.

La luminosité estune grandeur caractéristique des collisionneurs qui mesure leur capacité àproduire des collisions exploitables pour la physique. Lorsque l'on pousse laluminosité à des valeurs extrêmes, les collisionneurs deviennent de véritables "usines"à particules et on les désigne de la sorte. Les machines PEPII au SLAC enCalifornie et KEKB au Japon ont ainsi été des usines produisant des mésons B(particule constituée d'un quark b et d'un autre quark léger) qui ont permisd'étudier en détail les asymétries entre matière et antimatière (violation de la symétrie CP). Les usines permettent également d'accumuler des statistiquesconsidérables et ainsi de mettre en évidence des phénomènes très rares pouvantrévéler l'existence d'une nouvelle physique.

La mise en œuvred'un nouveau programme de recherche en physique des particules commence donc laplupart du temps par la conception d'une machine adaptée (ou la réutilisationd'une machine existante, si les caractéristiques de celle-ci le permettent).

À suivre...

Des photons battus sur la ligne par une poignée de neutrinos !

2011-10-02T12:39:00.000+02:00

La nouvelle a faitgrand bruit ; l'expérience OPERA a mesuré le temps de propagation de neutrinossur la distance séparant le CERN à Genève du laboratoire souterrain du GranSasso dans les Abruzzes en Italie, soit environ 730 km et a constaté que lesneutrinos arrivent 60 ns (soit 60 milliardième de seconde) plus tôt que s'ilsse propageaient à la vitesse de la lumière dans le vide !

OPERA est undétecteur conçu au départ pour détecter l'apparition de neutrinos de type taudans un faisceau de neutrinos de type mu (voir cette note) afin de caractériserle phénomène dit d'oscillation des neutrinos. Pour ce faire, un faisceau deneutrinos de type mu est fabriqué au CERN et est envoyé à travers la crouteterrestre vers le détecteur situé dans le laboratoire du Gran Sasso. Lesneutrinos n'interagissant quasiment pas avec la matière, ils traversent les 730km de roche se trouvant sur leur trajectoire, quasiment sans perturbation. Ledétecteur, très massif (1250 tonnes) doit être exposé au faisceau pendant detrès longues périodes pour observer quelques interactions de neutrinos. Lamesure du temps de parcours des neutrinos n'est donc pas le but principal del'expérience, mais un à côté intéressant. Une mesure similaire publiée en 2007par la collaboration MINOS aux États-Unis indiquait une déviation par rapport àla vitesse de la lumière non significative au niveau statistique.

Pour réaliser cettemesure, il convient de parfaitement mesurer la distance entre la source desneutrinos et l'endroit où ils sont détectés. Ceci a été fait grâce à desbalises GPS parfaitement étalonnées, positionnées au CERN et au Gran Sasso et complété par des mesures géodésiquesclassiques afin déterminer les distances entre les balises et respectivement lasource et le détecteur de neutrinos. La précision obtenue est de 20 cm sur les730.534 km de distance !

Le deuxième élémentde la mesure est la détermination du temps de propagation des neutrinos entrele CERN et le détecteur. Il faut pourcela disposer d'une même référence de temps entre les deux sites. Le système GPSest là encore utilisé, mais fournit à lui seul une précision insuffisante de100 ns. Le GPS est donc complété pardeux horloges atomiques, l'une au CERN et l'autre au Gran Sasso qui permettentde ramener la précision sur la référence commune de temps à 1 ns. L'appareillage et son bon fonctionnement ontété validés par deux instituts indépendants, spécialistes de ce type de mesure.

La difficulté estensuite que bien que l'on connaisse précisément le temps auquel un neutrino estdétecté dans OPERA, on ne connait pas le temps exact d'émission de ce mêmeneutrino au CERN. En effet, le faisceau de neutrinos est produit à partir de ladésintégration de pions et de kaons, eux même produits par un faisceau deprotons envoyé sur une cible. La seule référence temporelle est le pulse desprotons initiaux que l'on peut associer au neutrino détecté, mais ce pulse dure10.5 microsecondes, contient une multitude de protons et il est impossible d'identifier quel protonindividuel est associé au neutrino détecté. Par contre la structure temporelledes pulses est connue et stable dans le temps, on doit donc retrouver cettemême structure au niveau du timing de l'ensemble des neutrinos détectés. Ils'agit là d'une analyse statistique classique dans laquelle le temps depropagation des neutrinos est une variable que l'on ajuste.

L'étude rapportéedans la publication de la collaboration OPERA porte sur 17000 interactions deneutrinos accumulées entre 2009 et 2011. Il faut souligner le fait quel'analyse a été menée en aveugle, c'est-à-dire que toute la procédure est miseau point sans regarder le résultat qui n'est dévoilé aux analystes qu'au toutdernier moment. Cela évite les biais subjectifs qui pourraient conduire lesphysiciens à modifier inconsciemment la méthode afin de trouver un résultatauquel ils s'attendent.

Le résultat est donclà ; les neutrinos arrivent 60.7 ns plus tôt que s'ils se propageaient à la vitesse de la lumière dans le vide.L'incertitude sur cette mesure est de 6.9 ns due à la statistique (nombrelimité de neutrinos) et de 7.4 ns due aux effets systématiques expérimentaux (précision sur le temps, ladistance, ...). La signification statistique du résultat est donc excellentepuisque la valeur moyenne s'écarte de zéro par plus de 6 écarts standards (6fois l'incertitude totale).

Devant ce résultat,qui s'il se confirme, aura des conséquences profondes sur notre connaissance dela physique ; l'ensemble de la collaboration OPERA (près de 200physicien(ne)s) s'est bien entenducreusée la tête pour essayer de trouver une erreur ou un biais dans l'analyse.N'ayant pu trouver de problème, le résultat a été publié brut sans aucune tentative d'interprétationet présenté devant la communauté mondiale afin d'être évalué et critiqué. Uneprésentation publique a eu lieu le 23 septembre au CERN devant un amphi comble.Après 10 jours de réflexion la communauté internationale de la physique n'a pasété en mesure de trouver de faille dans la mesure et la majeure partie de cettecommunauté salue le sérieux du travail effectué ainsi que la démarche de lacollaboration OPERA.

Il est bien entendupossible qu'un effet n'ait pas été pris en compte, si c'est le cas, c'estcertainement quelque chose de très subtil et inattendu. Rappelons-nous que lesspécialistes du LEP (Large Electron Positron collider) dans les années 90étaient très surpris de constater une variation périodique et inexpliquée del'énergie des faisceaux, jusqu'à ce que quelqu'un réalise qu'il s'agissait del'effet de marée qui changeait très légèrement la géométrie de l'accélérateur.

La communauté est enattente d'une nouvelle mesure indépendante de la collaboration MINOS aux États-Unis quiutilise un faisceau de neutrinos passant à travers la croute terrestre, toutcomme OPERA.

IC7023 - La nébuleuse de l'Iris

2011-08-25T01:07:00.001+02:00

La nébuleuse de l'Iris est située à 1300 années lumière dans la constellation de Céphée, elle a été découverte en 1794 par le compositeur et astronome William Hershel. Contrairement à la plupart des nébuleuses présentées dans ce blog, qui sont dites "en émission" et qui rayonnent principalement à la longueur d'onde de 656.3 nm dans la raie Halpha de l'hydrogène ; celle-ci est une nébuleuse par réflexion. Il s'agit de nuages de poussières constitués de grains dont la taille varie du centième de micron à quelques microns et qui réfléchissent la lumière des étoiles environnantes. Elles présentent généralement une dominante de couleur bleue, cette longueur d'onde étant plus facilement diffusée que le rouge par exemple.

Les caméras astronomiques CCD sont monochromes, elles ne restituent donc pas directement la couleur. Afin de faire des photographies astronomiques en couleur, il faut combiner des images prises au travers de différents filtres. Généralement on utilise 4 filtres : un filtre clair qui permet de capter les variations de luminosité, toutes couleurs confondues et 3 filtres, rouge, vert et bleu qui permettront de reconstituer toutes les couleurs du spectre visible. C'est une procédure assez longue car il faut enregistrer suffisamment de signal avec chacun des filtres.

L'image ci dessous a nécessité 4 x 1 heure de pose, elle montre les 4 vues individuelles prises au travers des filtres.

Ces 4 images étant réalisées, on les combine et on les équilibre à l'aide d'un logiciel afin de reconstituer la couleur. Voici le résultat :

On distingue des zones sombres (nébuleuses obscures) constituées de poussières qui elles, ne réfléchissent pas la lumière des étoiles voisines.

L'amas bien connu des Pléiades est un autre exemple de nébuleuse par réflexion.

IC5070 - Le Pélican cosmique

2011-08-22T17:24:00.000+02:00

La nébuleuse IC5070 ou 5067 surnommée le Pélican en raison de sa forme, se trouve dans la constellation du Cygne, pas très loin de Deneb.

L'image ci dessous résulte de la superposition de 21 poses de 6 minutes chacune soit un peu plus de deux heures d'exposition.

Comme pour les autres images postées récemment sur ce blog, il s'agit d'une zone de formation d'étoiles qui émet fortement dans le rouge caractéristique de la raie Halpha de l'hydrogène. Le Pélican est tout proche d'une autre très grande nébuleuse, NGC 7000, surnommée "l'Amérique du nord" en raison de sa forme, qui rappelle celle de la portion de continent du même nom.

L'image ci-dessous montre l'équipement qui a été utilisé pour réaliser cette image :

La photo elle-même est prise avec la petite lunette rouge bordeaux qui ne paye pas de mine mais qui, avec sa petite focale de 400 mm, offre plus de champ que le gros télescope. Ce dernier sert pour le guidage de la monture qui doit être le plus parfait possible afin de permettre la réalisation de poses de 6 minutes sans bougé. En effet, la monture motorisée, bien que de bonne qualité, ne permet pas de compenser le mouvement de rotation de la Terre avec suffisamment de précision. Il faut donc viser une étoile guide et asservir la monture de manière à ce que l'étoile ne se déplace absolument pas dans le champ.

La monture elle-même doit être aussi parfaitement que possible, alignée avec l'axe de rotation de la Terre. Ceci se fait en visant l'étoile polaire par l'intermédiaire d'une petite lunette logée dans l'axe de la monture.

La réalisation d'une photographie astronomique telle que le Pélican, nécessite de maîtriser autant que possible, tous les paramètres mécaniques, électroniques et logiciels.

Une fois les images individuelles enregistrées sur le disque dur, il faut les superposer avec un logiciel adapté et les traiter pour faire ressortir le signal très ténu de la nébuleuse.

La nébuleuse de la trompe d'éléphant

2011-08-14T19:57:00.003+02:00

La nébuleuse de la trompe d'éléphant se trouve à 2400 années-lumière de la Terre dans la constellation Céphée, elle fait partie d'un ensemble nébuleux plus large référencé IC1396 dans le "Index Catalog of nebulae and clusters of stars". La trompe est une zone dense de poussières et de gaz soumis aux intenses radiations des étoiles proches.

La photo ci dessous résulte de l'addition de 20 poses individuelles de 6 minutes chacune prise avec une caméra CCD équipée d'un filtre Halpha qui sélectionne une longueur d'onde caractéristique de l'hydrogène.

Les émissions dans la raie Halpha, notamment la bordure brillante au bout de "la trompe" résulte de l'interaction du rayonnement provenant de l'étoile massive à droite de l'image avec l'hydrogène de la nébuleuse. Dans la petite zone plus claire au bout de "la trompe", on observe un couple d'étoiles dont le rayonnement a littéralement sculpté une cavité dans le nuage de gaz et de poussières. IC1396 est une zone de formation d'étoiles ; celles-ci sont masquées par les nuages de poussières mais ont été révélées par le télescope spatial infrarouge Spitzer.

IC1396 contient plusieurs nébuleuses obscures qui font parties du catalogue dressé par l'astronome Edward Emerson Barnard. Elles sont répertoriées dans son magnifique ouvrage : "A photographic atlas of selected region of the Milky Way".

La nébuleuse du Cocon dans le Cygne

2011-08-01T15:02:00.001+02:00

La nébuleuse du Cocon se trouve au bord de la constellation du Cygne, non loin de celle du Lézard. Elle porte la référence IC5146 dans le "Index Catalog of Nebulae and Clusters of Stars". Il s'agit d'une nébuleuse à la fois en réflexion et en émission, c'est à dire qu'elle réfléchit une partie de la lumière des d'étoiles environnantes, et que les atomes qui la composent (essentiellement de l'hydrogène) sont excités par les radiations d'étoiles proches.

La nébuleuse du Cocon est associée à un amas ouvert, c'est à dire un ensemble d'étoiles jeunes qui se sont formées ensemble dans une même région active de la galaxie, et qui n'étant pas suffisamment liées gravitationellement, ont tendance à se disperser.

Quand elle est photographiée en grand champ, on peut apercevoir la nébuleuse obscure Barnard 168 qui dessine une sorte de chemin noir au milieu des étoiles, se terminant par le Cocon. Avec un peu d'imagination on pourrait croire que cette boule cotonneuse a essuyé toute une zone de la voie lactée...

L'image ci dessous a un champ trop étroit pour mettre en évidence Barnard 168, mais on devine quand même qu'il y a moins d'étoiles autour du Cocon qu'ailleurs. En réalité il y a autant d'étoiles, elles sont justes masquées par des amas de poussières.

L'amas ouvert et la nébuleuse se trouvent à environ 4000 années-lumière, le Cocon s'étant sur une quinzaine d'années-lumière.

La photographie ci-dessous est le résultat de l'addition de 25 images individuelles représentant un total de 2h de poses avec un filtre Halpha qui privilégie la partie "émission" de la nébuleuse.

Commence t'on à voir le bout de la queue du Higgs ?

2011-07-24T17:49:00.005+02:00

La vie des expériences de physique de particules est rythmée par les conférences d'hiver et surtout d'été. Sortes de grand-messes rassemblant plusieurs centaines de physiciens dont beaucoup ont travaillé d'arrache-pied pour que les collaborations soient prêtes à présenter leurs derniers résultats.

Cette année la grande conférence d'été HEP 2011, organisée par la European Physics Society (EPS) a lieu à Grenoble. Les sessions de vendredi dernier étaient très attendues car les expériences installées sur le collisionneur LHC du CERN devaient présenter leurs premières analyses tentant de mettre en évidence l'existence ou non du boson de Higgs.

La recherche du Higgs s'apparente vraiment à l'exploration minutieuse de bottes de foin pour découvrir quelques aiguilles. La signature de la désintégration du Higgs est noyée dans un bruit de fond gigantesque provenant d'autres processus physiques. Il faut faire appel à des procédure statistiques très complexes de manière à pouvoir extraire le maximum d'informations de la masse d'interactions enregistrées par les détecteurs. Aussi sophistiquées soient les techniques mathématiques, l'interprétation des résultats obtenus reste soumise aux lois de la statistique et on ne pourra jamais parler qu'en terme de probabilités d'avoir observé ou non un phénomène.

La communauté scientifique admet que lorsqu'un signal est observé et que la probabilité pour qu'il s'agisse d'une fluctuation est de l'ordre de 1/000 on parle "d'evidence" au sens anglo-saxon du terme qui est beaucoup moins fort qu'en Français. Pour parler de découverte, il faut que la probabilité pour que le signal observé ne soit qu'une fluctuation statistique soit de l'ordre, ou plus petite que 1 pour 10 millions !

Pour se rendre compte de l'impact réel de ces valeurs, on peut s'imaginer face à la situation où l'on va prendre un risque vital. Personnellement, si j'ai le choix, avec une probabilité de 1 chance sur 1000 d'y laisser ma vie, je ne prends pas le risque. Par contre je peux admettre d'avoir une chance sur 10 millions d'y laisser ma peau !

Les expériences ATLAS et CMS ont toutes deux présenté leurs résultats sur la recherche du Higgs. Pour l'instant aucun signal n'est visible et plusieurs régions en masse sont d'ores et déjà exclues à 99% de niveau de confiance (c'est à dire qu'il reste quand même un petit % de possibilité qu'il soit quand même là). Par contre, les deux expériences observent un excès de collisions présentant des caractéristiques similaires à la production d'un boson de Higgs dans la région de masse comprise entre 130 et 150 GeV.

Pour illustrer la chose, voici une figure présentée vendredi par ATLAS :

Figure présentée par Kyle Cranmer (NYU) à la conférence HEP 2011
à Grenoble. Voir la présentation ici

L'excès observé correspond à la zone indiquée par la flèche, où la ligne noire passe au dessus de la zone jaune.

Pour l'instant, on ne peut donc rien conclure et il faudra attendre que les expériences aient accumulé suffisamment de collisions pour savoir si l'excès se renforce et passe le seuil fatidique permettant d'annoncer une découverte, ou bien si l'excès se dilue dans le bruit de fond.

L'anneau de la Lyre

2011-07-16T18:07:00.001+02:00

Bien haut dans le ciel d'été, la minuscule constellation de la Lyre contient Véga, une étoile blanche, deux fois plus massive que le Soleil et qui forme avec Deneb du Cygne et Altaïr de l'Aigle, le triangle d'été. Non loin de là, se trouve l'un des très beaux objets du ciel profond : la nébuleuse annulaire de la Lyre, découverte en 1779 par l'astronome toulousain Antoine Darquier de Pellepoix et portant la référence M57 dans la catalogue de Charles Messier.

L'anneau de la Lyre est une une nébuleuse planétaire c'est à dire le résultat de l'effondrement d'une étoile relativement peu massive (jusqu'à environ 8 masses solaires) quand celle-ci a fini de brûler son hydrogène et son l'hélium. Lors de cet effondrement, les couches extérieures de l'étoile sont expulsées à très grande vitesse et émettent de la lumière sous l'effet de l'intense rayonnement ultraviolet provenant de ce qui reste de l'étoile. Cette dernière, devenue extrêmement chaude (50 000 à 100 000 Kelvin) et dense (son diamètre est de l'ordre de grandeur de celui de la Terre), continue de briller au centre de la nébuleuse.

Le qualificatif "planétaire" fait référence à l'aspect de ces nébuleuses qui se présentent sous la forme d'un petit disque lorsqu'on les observe avec un petit télescope.

L'image ci dessous est une superposition de 26 poses de 2 minutes chacune. Elle a été réalisée avec un télescope de grande focale (1900 mm) de façon à obtenir un grossissement suffisant pour observer le minuscule anneau avec suffisamment de détails. La présence de la pleine Lune n'est pas favorable pour la photographie du ciel profond et contribue à dégrader l'aspect du fond du ciel. Au centre de l'anneau, on distingue très bien la naine blanche.

La nébuleuse Trifide dans le Sagittaire

2011-07-03T16:59:00.002+02:00

Durant les belles nuits d'été depuis un point d'observation à l'abri de la pollution lumineuse, on peut observer la voie lactée, magnifique bande nébuleuse qui s'étend de Cassiopée au nord jusqu'au Sagittaire à l'horizon sud en passant par le triangle d'été formé par les étoiles Deneb du Cygne, Véga de la Lyre et Altaïr de l'Aigle.

Le Sagittaire, grande constellation en forme de théière ou de bouilloire (!), indique la zone dans laquelle se trouve le centre de notre Galaxie. C'est donc une région active qui héberge bon nombre d'objets astronomiques intéressants sur le plan scientifique et très esthétiques à observer. Malheureusement, depuis nos latitudes, cette région du ciel n'est visible qu'en été et se trouve très bas sur l'horizon, souvent noyé dans le halo lumineux engendré par l'éclairage aberrant de nos villes.

Pour observer le Sagittaire dans de bonne condition, il faut donc aller dans des endroits protégés et si possible en altitude pour limiter les effets de la turbulence de l'atmosphère.

La nébuleuse Trifide, catalogué en vingtième position dans le catalogue de Charles Messier (M20), est l'un des très beaux objets du Sagittaire. Il s'agit d'un nuage de gaz qui rayonne sous l'effet de la lumière intense des étoiles environnantes et qui est obscurci en certains endroits par des zones de poussières.

Hier soir, j'ai photographié M20 avec une caméra CCD montée sur une petite lunette de 66 mm d'ouverture pour 400 mm de focale. La caméra était équipée d'un filtre spécial - dit Halpha- afin de faire ressortir les zones de la nébuleuses qui correspondent à une certaine excitation de l'hydrogène qui le fait réémettre dans le rouge. L'hydrogène étant de très loin, l'élément le plus abondant dans l'Univers, de très nombreuses nébuleuses émettent cette radiation bien particulière.

L'image ci-dessous est le résultat de l'accumulation de 30 poses de 4 minutes, soit un total de 2h de pose. La taille de cet objet dans le ciel est équivalente à celle de la pleine Lune, il est malheureusement bien trop peu lumineux pour être observé à l'oeil nu.

Une supernova dans les Chiens de Chasse

2011-06-27T23:50:00.005+02:00

Dans la nuit du 31 mai, je suppose que bon nombre de télescopes et lunettes astronomiques d'amateurs étaient pointées vers l'un des plus beaux objets du ciel profond, à savoir la galaxie des Chiens de Chasse, alias le tourbillon, alias M51. Combien d'astronomes amateurs ont noté qu'il y avait une étoile en trop ? Sans doute très peu... La réponse est : au moins quatre, car c'est le nombre de co-découvreurs de la supernova 2011dh, quatre co-découvreurs amateurs, plus rapides que tous les systèmes professionnels de surveillance automatique du ciel.

La supernova a été confirmée peu de temps après par les observatoires professionnels qui ont pu réaliser des spectres de l'étoiles. Ceux-ci ont révélé la présence d'hydrogène, caractéristique d'une supernova de type II et une dominance de l'hélium sur l'hydrogène signature d'un type IIb. L'étoile qui a explosé était donc relativement massive (plus de 8 masses solaires) et l'explosion a coïncidé avec l'effondrement gravitationnel du coeur de fer formé par la fusion thermonucléaire des éléments plus légers. C'est au cours de l'explosion de ce genre d'étoiles que des éléments lourds sont synthétisés puis expulsés dans l'espace.

Personnellement j'avais fait une image de la galaxie M51 au mois de mars 2011:

J'ai eu l'occasion d'en refaire une samedi dernier :

Arrivez vous à pointer la supernova ? Pas évident n'est-ce pas ? L'animation ci-dessous, qui alterne l'affichage des deux images alignées l'une par rapport à l'autre, permet de bien voir cette étoile qui s'allume à 31 millions d'années-lumière de la Terre.

T2K

2011-06-18T23:21:00.001+02:00

J'ai déjà parlé des neutrinos il y a quelques temps (voir ici et là). Les neutrinos sont donc des particules élémentaires dotées d'une très faible masse et dépourvues de charge électriques. Ils interagissent si peu avec la matière qu'ils peuvent traverser la Terre de part en part sans en être perturbés. Dans le modèle standard de la physique des particules, les neutrinos existent sous trois formes différentes appelées saveurs, chacune associée à une particule chargée - les électrons, les muons et les taus - l'ensemble formant la famille des leptons. Les neutrinos peuvent donc être du genre électronique, muonique ou tauique. Un neutrino électronique interagissant avec la matière par l'intermédiaire du processus physique appelé courant chargé va produire un électron, un neutrino muonique produira un muon et un neutrino tauique … un tau !

En 1998, les résultats de l'expérience super-Kamiokande ont confirmé la possibilité pour les neutrinos de changer de saveur au cours de leur trajet. Ce phénomène étrange, possible uniquement dans le cadre de la mécanique quantique est nommé : oscillation. Dans le but de simplifier et moyennant quelques accrocs à la rigueur scientifique, on peut dire que la probabilité d'oscillation d'une saveur de neutrino vers une autre dépend du rapport L/E, c'est-à-dire de la distance de vol du neutrino divisée par son énergie, de la différence de masse au carré des neutrinos mis en jeu et d'angles caractéristiques du mélange entre les différents neutrinos.

Jusqu'à récemment le phénomène d'oscillation n'avait été mis en évidence qu'en constatant la disparation de neutrinos d'une saveur donnée et d'énergie connue, après une certaine distance de vol. Au printemps 2010, l'expérience OPERA a observé l'apparition probable d'un unique neutrino de type tau dans un faisceau de neutrinos de type muon produit au CERN à 730 km du détecteur et traversant la croute terrestre pour resurgir dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie.

Il ya quelques jours, l'expérience T2K (raccourci pour Tokai to Kamiokande) a annoncé l'observation de 6 neutrinos électroniques dans un faisceau de neutrinos muoniques ayant parcouru 295 km entre l'accélérateur situé à Tokaï et le détecteur géant : super-Kamiokande. Les modélisations prédisent la détection de 1.5 neutrinos électroniques en l'absence d'oscillation ; la détection de 6 neutrinos est donc une indication forte pour l'existence d'une oscillation de la saveur muonique vers la saveur électronique, mais la signification statistique du résultat n'est pas encore suffisante pour annoncer une observation sans ambiguïté du phénomène.

Les physicien sont donc tenus en haleine en attendant un résultat portant sur une plus grande statistique, malheureusement l'accélérateur du complexe J-PARC à Tokaï qui produit le faisceau de neutrinos muoniques a subit des dommages lors du tremblement de terre de mars 2011 et ne pourra pas être remis en service avant la fin de l'année.

Avec OPERA et surtout T2K, la physique des neutrinos passe un cap important. L'enjeu est de taille, puisque dans ce mécanisme de mélange entre neutrinos, se cache peut-être l'explication de l'origine de l'asymétrie entre la matière et l'antimatière dans l'Univers, mais il faudra encore beaucoup de temps, d'énergie et d'astuce pour arriver à démêler l'écheveau complet de la physique des neutrinos.

Matière noire - Deuxième

2011-05-15T23:14:00.003+02:00

Dans un article récent, je décrivais comment certaines expériences terrées au fond de cavernes souterraines traquent d'hypothétiques particules de matière noire. Ainsi les détecteurs EDELWEISS (Laboratoire Souterrain de Modane en France) et CDMS (Soudan Underground Laboratory aux USA) tentent de mesurer simultanément les signaux d'ionisation et de chaleur résultant du "choc" élastique de particules de matière noire nommés WIMPS (pour Weakly Interacting Massive Particles) sur des noyaux de germanium. Jusqu'à présent ces techniques de détection n'ont pas permis de mettre en évidence un signal concluant.

Très récemment la collaboration XENON100 (Laboratoire Souterrain du Gran Sasso en Italie) a annoncé ses tout premiers résultats après 100 jours de fonctionnement du détecteur ; résultats négatifs également - aucun signal de matière noire ! XENON100 est une petite merveille d'ingéniosité scientifique qui utilise une centaine de kilogramme de xénon liquide à la fois comme cible pour les WIMPS et comme milieu détecteur. Le xénon présente la particularité d'émettre une lumière de scintillation lorsqu'il est traversé par des particules chargées et de se prêter à la mise en œuvre d'une méthode de mesure de l'ionisation extrêmement précise appelée Projection Temporelle ; celle-ci permet de reconstruire en trois dimensions les traces des électrons d'ionisation. La combinaison de ces techniques - ionisation et scintillation - permet de réduire le bruit de fond de manière drastique et d'obtenir l'identification d'un éventuel signal de manière très propre. XENON100 est le premier élément d'un ensemble plus complexe qui permettra à terme d'atteindre une tonne de milieu détecteur. Avec cette masse et si le bruit de fond est bien maitrisé, cette expérience pourrait bien donner un résultat décisif dans les prochaines années, soit en détectant quelques WIMPS, soit en ne détectant rien du tout, ce qui mettrait à mal les théories sur la matière noire.

Parmi toutes les expériences consacrées à la recherche des WIMPS, l'une d'entre elle obtient un très beau résultat qui à toutes les caractéristiques d'un signal de matière noire. Il s'agit de l'expérience DAMA (DArk MAtter). L'approche est un peu différente de ce qui a été présenté précédemment, DAMA utilise 250 kg de cristaux d'iodure de sodium (NaI) ultra purs. L'iodure de sodium a la propriété d'émettre de la lumière par un mécanisme de scintillation lorsqu'il est traversé par des particules chargées (comme le xénon liquide dans XENON100), la quantité de lumière émise étant proportionnelle à l'énergie déposée dans les cristaux.

Les autres expériences se basent au moins sur deux signaux complémentaires et indépendants afin de réduire le bruit de fond. DAMA ne disposant que de la mesure de la lumière de scintillation il faut donc trouver une autre façon de caractériser la matière noire.

Source :
http://www.hep.shef.ac.uk/research/dm/intro.php

L'astuce consiste à utiliser le fait que le système solaire tourne dans la galaxie et passe donc au travers du halo de matière noire qui est supposé baigner la galaxie. Comme illustré par la figure ci-contre, la Terre tournant, elle-même autour du Soleil va donc sentir un "vent relatif" de matière noire dont la vitesse va dépendre de la période de l'année. En hiver la Terre se déplace en sens inverse du mouvement du Soleil dans la galaxie, alors qu'à la fin du printemps sa vitesse s'ajoute à celle du Soleil. Si la matière noire existe, on s'attend donc à ce que les WIMPS frappent les détecteurs avec une vitesse plus importante juste avant l'été que durant hiver, le signal d'ionisation détecté devrait donc être modulé suivant la période de l'année avec un maximum de signal autour du 2 juin. DAMA a pu accumuler des données sur 13 cycles solaires et, comme illustré par le graphique ci-dessous, voit clairement une modulation du signal parfaitement compatible avec ce qu'on attendrait pour de la matière noire avec notamment un maximum le 2 juin.

Source : http://arxiv.org/abs/1002.1028

Seul "petit" problème ; le signal de WIMPS vu par DAMA est incompatible avec les résultats des autres expériences ! Après avoir écarté toutes les possibilités de biais expérimentaux, la communauté scientifique est maintenant convaincu que DAMA voit bien quelque chose de réel, mais on ne sait toujours pas quoi.

Le résultat présenté par CoGeNT à l'APS

Lors du congrès d'avril de l'American Physics Society, l'expérience américaine CoGeNT qui utilise des détecteurs au germanium, a montré ce qui ressemble fortement à une modulation du signal compatible avec l'observation de DAMA. Le signal n'est pas encore statistiquement significatif, mais ces premières indications relancent la discussion dans le milieu de la physique de la matière noire.

Voici en tout cas l'exemple typique d'un problème scientifique ardu avec des résultats expérimentaux très surprenants et qui démontre, s'il en était besoin, que lorsqu'on travaille aux frontières de la connaissance il faut être prêt à faire face à quelques surprises et à remettre en cause ce que l'on pense bien établi.

Aneyoshi

2011-05-08T18:31:00.001+02:00

Les Tsunamis au Japon ne datent pas d'hier. Plusieurs médias (par exemple ici ) ont parlé récemment des stèles érigés par les anciens à la suite de tsunamis meurtriers. Je n'ai pas pu trouver la traduction complète, mais celle d'Aneyoshi située dans la zone ou le ras de marée de mars dernier a frappé les côtes du Japon, met très clairement en garde les générations futures contre les dangers des tsunamis et les invitent à ne pas construire leurs habitations en deçà de la stèle. Elle indiquerait par ailleurs que "les constructions situées en hauteurs assurerons la paix et le bonheur de nos descendants ". La vague de mars 2011 a bien frappé Aneyoshi, mais les habitants s'étant toujours conformé aux recommandations de la pierre, aucune victime ne fut à déplorer. Bien d'autres pierres à tsunami existent au Japon, mais bien sûr la plupart sont tombées dans l'oubli ou leur message a été ignoré depuis fort longtemps. J'imagine bien quelques vieux sages japonais se rappelant du tsunami de 1933 et criant au fou de vouloir braver la nature et de construire une centrale nucléaire si proche de la grève.

La stèle d'Aneyoshi - Photographie: Ko Sasaki for the New York Times

On peut rapprocher cela des nombreuses histoires d'anciens mettant en garde contre des constructions trop proche de telle ou telle rivière ou de tel ou tel couloir d'avalanche. Je me souviens de ma mère nous racontant l'avalanche qui avait balayé des maisons nouvellement implantées à flanc de montagne lors de la construction du barrage de Tignes en Savoie. Les anciens de la vallée savaient parait-il fort bien que l'avalanche était déjà passé par là et qu'elle y reviendrait un jour.

Et nous, quelles stèles allons nous laisser aux générations futures ? Des sites d'enfouissement de déchets nucléaires à vie longue vont bientôt voir le jour ; seule façon connue actuellement de mettre hors d'atteinte nos déchets les plus radioactifs. Les constructeurs de ces sites se posent à juste titre la question de savoir comment prévenir nos descendants dans 50 000 ou 100 000 ans que ces endroits sont hautement dangereux et qu'ils ne doivent sous aucun prétexte y pénétrer à moins de disposer de la technologie suffisante pour traiter les déchets. Imaginons par exemple que notre belle civilisation s'écroule et que dans quelques dizaines de milliers d'années des Hommes n'imaginant même plus ce qu'est un atome, tombe par hasard sur ces galeries souterraines. Comment leur faire comprendre de rebrousser chemin ? Le célèbre tableau "Le Cri" d'Edvard Munch sert parait-il de base de réflexion pour imaginer un graphisme qui inspire la terreur et indique que le lieu est malsain.

J'imagine que le même type de stèle devra être installé autour des sarcophages de Tchernobyl, de Fukushima et de tous les autres qui ne manqueront probablement pas de surgir aux quatre coins du monde dans les prochaines décennies. Les pictogrammes utilisés voudront probablement dire quelque chose du genre : "Peuple de la Terre n'approchez pas de ces lieux maudits avant 100 000 ans et rappelez vous de rester humble fasse à la nature".

Si quelqu'un possède la traduction complète de l'inscription sur la pierre, je suis preneur.

Matière noire et statistiques

2011-04-16T17:43:00.005+02:00

En 1933 Fritz Zwicky en estimant les vitesses de galaxies réunies en amas, découvre qu'il semble y avoir un désaccord important entre la masse des amas estimée à partir de la luminosité des galaxies qui les composent et la masse nécessaire pour rendre compte de la dynamique de l'ensemble. Ce soupçon se confirmera dans les années 1970 avec les mesures des vitesses de rotation des galaxies spirales qui montrent un très fort désaccord par rapport aux prédictions basées sur l'estimation de la distribution de la masse visible. Finalement, c'est l'analyse du rayonnement cosmologique à 2.7 Kelvins par le satellite WMAP, qui permettra de déterminer que la matière ordinaire composée d'atomes, représente un peu moins de 17% de l'ensemble de la matière présente dans l'Univers. Les 83% restants sont composés d'une matière inconnue qui ne rayonne pas, n'interagit pratiquement pas avec la matière ordinaire et ne se manifeste que par ses effets gravitationnels. Cette matière porte le nom de matière noire ou matière sombre à ne pas confondre avec l'énergie noire, composante majoritaire et non matérielle de l'univers, dont la nature est encore plus mystérieuse.

De nombreuses hypothèses existent quant à la nature de la matière noire, l'une des plus plausibles est qu'il s'agit de particules d'un genre nouveau, plutôt massives et donc peu rapides (matière noire froide) et interagissant très peu avec la matière ordinaire. Ce type d'objet est connu sous l'acronyme de WIMP pour Weakly Interacting Massive Particle. Cette appellation est aussi un jeu de mots, puisque "wimp" signifie "mauviette" en anglais.

Si les hypothèses énoncées plus haut sont vraies, la matière noire est probablement présente partout dans l'univers et en particulier, il doit en exister de grandes quantités tout autour de nous à n'importe quel endroit de la Terre. La difficulté est évidemment de la détecter puisque par nature, ces WIMPs n'interagissent pratiquement pas avec la matière ordinaire. Toutefois, "pratiquement pas" ne veut pas dire "pas du tout" et on suppose que les WIMPs ont une petite probabilité de diffuser élastiquement sur les noyaux de la matière ordinaire, c'est-à-dire qu'un WIMP peut en quelque sorte "frapper" un noyau et mettre celui-ci en mouvement. Le terme "frapper" est ici une image simplificatrice qui recouvre des processus de physique des particules complexes dépendants de la nature de la matière noire.

A partir de ces hypothèses, des méthodes de détection de la matière noire ont été imaginées, l'idée est de détecter les effets du "choc" de la particule de matière noire sur un noyau du milieu détecteur. Plusieurs techniques sont possibles, l'une d'entre elles, utilisée dans les expériences CDMS aux USA et EDELWEISS dans le Laboratoire Souterrain de Modane en France, utilise des cristaux de germanium. Le noyau de germanium qui recule sous "l'impact" de la particule incidente, ébranle le réseau cristallin et cette excitation appelée "phonon" se propage dans le cristal. La propagation du phonon s'accompagne d'une très petite élévation de température qui peut être détectée par un système adapté. Ce type de détecteur s'appelle un "bolomètre". L'avantage du germanium est qu'il est également très bien adapté pour détecter l'ionisation provoquée par le mouvement du noyau qui arrache quelques électrons aux atomes environnants.

En combinant les mesures simultanées d'ionisation et de chaleur on possède un système de détection particulièrement efficace, encore faut-il être capable de lutter contre le bruit de fond dû à des particules standards qui peuvent simuler un signal de matière noire. Pour cela les précautions suivantes sont prises :

Les détecteurs sont installés dans des laboratoires souterrains afin que quelques milliers de mètres de roche absorbent l'essentiel du rayonnement cosmique.
Les détecteurs sont refroidis à quelques centièmes de Kelvin afin d'être capables de mesurer les dépôts de chaleurs minuscules associés aux phonons.
Il faut blinder les détecteurs pour les protéger de la radioactivité naturelle, pour cela on les enferme dans des enceintes en plomb, mais étant donné que le plomb est naturellement un peu radioactif on utilise du plomb archéologique trouvé dans des épaves de bateau, dont les isotopes radioactifs ont disparu par désintégration naturelle. De même tous les matériaux constituant l'expérience doivent être choisis avec beaucoup de soin pour éviter les plus infimes contaminations radioactives.
On blinde également contre les neutrons qui dans certains cas simulent très bien l'effet de la matière noire.

Tout ceci fait, il ne reste plus qu'à mettre les détecteurs en route et à attendre que les hypothétiques particules de matière noire veuillent bien interagir avec quelques noyaux. Même en prenant toutes les précautions possibles, il est inévitable que quelques bruits de fond insidieux subsistent encore. Ce bruit de fond, dit irréductible ne pouvant, par définition pas être évité, il faut le modéliser du mieux possible afin de savoir combien d'interactions parasites doivent être attendues en un temps donné.

Après un certain temps d'exposition du détecteur et une analyse fine des mesures destinée à écarter les interactions qui ne sont manifestement pas dues à la matière noire, les physicien(ne)s se retrouvent avec un certain nombre de candidats dont il est impossible de savoir s'il s'agit de bruits de fond ou de signaux de matière noire. Heureusement les statistiques viennent à notre secours et plus particulièrement la loi de Poisson qui s'énonce comme suit:

Cela semble compliqué, mais c'est en fait très simple. Si les modélisations du bruit de fond que l'on a essayé de faire le plus précisément possible, indiquent que durant le temps de mesure du détecteur on s'attend en moyenne à détecter lambda interactions de bruit de fond, alors la loi de Poisson nous donne la probabilité d'observer en réalité k interactions, toutes dues au bruit de fond. En effet, la nature probabiliste du phénomène, fait que si en moyenne on attend par exemple 3 occurrences d'un évènement, il se peut que seulement 2 ou bien 4 ou même une seule soient observées.

Par exemple si on attend en moyenne 0.9 interaction de bruit de fond, la probabilité d'en observer 3 sera égale à 5%, ce qui n'est pas suffisamment significatif pour prétendre à une découverte de la matière noire. Par contre si on en observe 6, alors la probabilité que ce ne soit que du bruit de fond chute à 0.03%, il y a alors une très forte probabilité pour que l'expérience ait observé un phénomène nouveau ou bien pour que le bruit de fond soit mal modélisé...

Récemment l'expérience EDELWEISS a détecté 5 interactions pour un peu moins de 3 attendues, on ne peut donc strictement rien en déduire quant à l'existence ou non de la matière noire. Cette mesure permet toutefois de contraindre les modèle théoriques. Ceci dit, plusieurs expériences à travers le monde traquent la matière noire depuis des années, les détecteurs sont de plus en plus sensibles, il est donc possible qu'une bonne surprise apparaisse très prochainement...

M63 - La galaxie du Tournesol

2011-04-04T13:17:00.004+02:00

Également dans la constellation des Chiens de Chasse et tout près de la galaxie du tourbillon (M51) se trouve une autre galaxie très esthétique surnommée "le Tournesol". Elle a été découverte en 1779 par l'astronome Pierre Méchain puis ajoutée en tant que 63ème objet du catalogue des nébuleuses et amas d'étoiles, dressé par Charles Messier. Tout comme M51, M63 se trouve à environ 31 millions d'années-lumière de la Terre.

Dans la classification établie par Edwin Hubble en 1936, le Tournesol est catalogué comme une Galaxie Spirale de type Sb ou Sc, c'est à dire possédant des bras peu serrés.

En mai 1971, G. Jolly, à l'observatoire Corralitos, observa dans M63 l'explosion de Sn1971I, une supernova de type 1.

L'image ci-dessous a été réalisée avec un télescope Newton de 150 mm de diamètre pour 750 mm de focale et équipé d'une caméra CCD. 30 poses individuelles de 4 minutes ont été combinées afin d'obtenir ce résultat.

On pourra comparer avec cette image - cliquer ici - réalisée par Tony Hallas, un amateur possédant un matériel beaucoup plus sophistiqué que le mien. La comparaison est intéressante car elle montre que certains détails à peine visibles sur mon image ne sont pas des artéfacts. On pourra notamment repérer la légère nébulosité juste en dessous de l'étoile brillante à gauche de la galaxie qui est en réalité un morceau d'un des bras spiraux.

On pourra également essayer de repérer toutes les petites galaxies très lointaines, qui fourmillent dans l'image.

La bande noire dans la partie inférieure de la galaxie est une zone de poussières qui absorbe la lumière des étoiles environnantes et qui apparaît donc comme très sombre.

M51, le tourbillon cosmique

2011-03-26T16:47:00.002+01:00

La galaxie du tourbillon a été découverte en 1773 par Charles Messier qui lui a donné le numéro 51 dans son célèbre catalogue. En 1781, l'astronome Pierre Méchain découvre que M51 est en réalité composée de 2 objets distincts référencés plus tard NGC 5194 et NGC 5195 selon la nomenclature du "New General Catalog".

Pour l'astronome amateur la galaxie du tourbillon est une cible de choix car elle est facilement observable, bien lumineuse, très grande et surtout d'une beauté à couper le souffle. Le printemps est la meilleure saison pour l'observer lorsque la constellation des Chiens de Chasse qui l'héberge est située bien haut dans le ciel.

Quand on a bien réglé la monture et le télescope et que l'on pointe cette galaxie, on a beau en avoir déjà vue des dizaines d'images, l'émotion est grande de voir apparaître ceci sur l'écran de l'ordinateur :

Ce qu'on a sous les yeux n'est ni plus ni moins que l'interaction gravitationnelle de deux galaxies situées à 31 millions d'années-lumière. On voit parfaitement le pont de matière avec sa bande de poussières entre les deux galaxies et les déformations des bras spiraux. La plus petite NGC 5195 semble plongée dans une sorte de brume qui n'est autre que la lumière diffuse de milliards d'étoiles éparpillées par la force de gravitation.

L'interaction de deux galaxies provoque la compression et l'échauffement de grandes masses de gaz interstellaire qui vont engendrer la formation de nouvelles étoiles. Mais contrairement à ce qu'on pourrait imaginer, les étoiles déjà présentes ainsi probablement que les systèmes planétaires qui leur sont associés ne sont pas perturbés outre mesure par la rencontre entre les deux titans. Notre propre galaxie croisera un jour le chemin de notre voisine Andromède ; les habitants de la Terre, s'il ne sont pas atomisés d'ici là, n'en subiront aucune conséquence fâcheuse.

M51 a également été étudiée par Halton Arp que j'ai déjà présenté ici. Il l'a cataloguée sous le numéro 85 avec d'autres couples de galaxies en interaction.

Sur l'image ci-dessus on trouve également IC 4263, une galaxie située à 120 millions d'années-lumière dont on distingue pourtant quelques maigres détails et IC 4277, très faible spirale vue par la tranche, dont je n'ai pas pu trouver d'estimation de la distance.

Biogée

2011-03-20T12:28:00.004+01:00

Le philosophe Michel Serres a inventé le terme de Biogée pour désigner la Vie et la Terre comme un tout indissociable. Aux temps où l'Homme luttait pour survivre à la surface de la Terre, celui-ci devait impérativement prendre en compte les contraintes naturelles s'il voulait rester en vie et perpétuer l'espèce. Peu à peu, l'emprise de l'Homme s'est étendue ; la technologie aidant, il a finalement cru pouvoir façonner la Terre et la nature comme bon lui semblait afin d'accroitre son confort et trouver les ressources nécessaires à son développement. Nous sommes maintenant rendu à un point où l'Homme a un impact majeur sur son environnement et est capable de modifier celui-ci dans des proportions telles qu'il peut mettre sa propre espèce en danger. Conscient de cet état de fait, Michel Serres propose un changement radical dans la façon dont est géré le monde en donnant un statut particulier à la Biogée qui devrait être systématiquement partie prenante dans toutes les discussions et négociations conduisant à des décisions ayant des répercussions à l'échelle de la planète.

Plus l'Homme s'est développé, plus il a été convaincu qu'il pouvait faire plier son environnement : débauche d'énergie pour vivre à température constante quelque soit le lieu ou la saison - rejet massif de gaz à effet de serre dans l'atmosphère - arasement de montagnes - détournement de fleuve - lutte contre la gravité afin de conquérir l'espace - les exemples sont innombrables. Et pourtant... plus l'Homme a cru maitriser son environnement et plus il s'est affaibli. Pour s'en convaincre, il suffit de se remémorer quelques évènements récents :

L'éruption de l'Eyjafjallajökull en Islande n'était pas un cataclysme majeur, et pourtant le trafic aérien d'une bonne partie de l'Europe a été interrompu, des milliers de personnes sont restées coincées à l'étranger dans l'impossibilité de rentrer chez eux et de reprendre leur travail.

Cet hiver, la vague de froid sur l'Europe a également bloqué le trafic aérien pendant des jours entiers. Les représentants du gouvernement français ont dû prendre la parole dans les médias pour expliquer la paralysie des transports. Le bon peuple s'est indigné de l'imprévoyance des aéroports qui n'avaient soit disant plus de produit dégivrant.

Et dans environ 2 ans, le Soleil attendra le maximum de son cycle d'activité de 11 ans ; nous savons parfaitement qu'une éruption solaire un tant soit peu importante a la capacité de mettre à terre le réseau de distribution électrique et les systèmes de communication d'une bonne partie du monde. On imagine aisément l'impact sur l'économie mondiale. Qui s'en préoccupe ?

Beaucoup plus dramatique, le tremblement de terre suivi du tsunami au Japon, après avoir rayé de la carte des villes entières et fait des dizaines de milliers de morts, est en passe de faire vaciller la troisième économie mondiale. Qui aurait pu croire que le Japon dont les buildings ont bien résisté à un tremblement de terre monstrueux serait terrassé par un tsunami dont la puissance dépasse l'entendement ? Plus d'électricité, des bâtiments ébranlés et au-delà du drame humain, ce sont les entreprises de plus hautes technologies qui sont arrêtées et ne peuvent plus produire les composants que le monde moderne a rendu indispensables (pensez donc : la production de l'Ipad 2 en est affectée !). Les bourses plongent, l'économie mondiale est perturbée et à ce jour on ne sait pas jusqu'où cela ira.

Probablement encore plus important que l'impact économique, le monde moderne vient soudain de réaliser que l'énergie nucléaire, conquête de l'esprit humain sur la matière, produit du génie des plus grands cerveaux du XXe siècle, peut conduire à une catastrophe qu'aucun être humain ne peut arrêter. Car n'en doutons pas, même si la catastrophe est évitée de justesse, la preuve flagrante sera faite qu'une centrale peut potentiellement diverger et conduire à un accident nucléaire majeur même dans un pays à la pointe de la technologie. Les images de ces hélicoptères, moustiques tournoyant au dessus des réacteurs et larguant quelques "seaux d'eau" pour tenter de refroidir les éléments de combustible nucléaire avaient quelque chose de dérisoire et de poignant à la fois. Le tsunami au Japon marque un tournant, une rupture dans le processus d'Humanité. On ne reviendra pas en arrière, le monde ne sera plus comme avant.

Après cela, qui peut prétendre qu'il est à l'abri ? Quel pays industrialisé peut oser affirmer maintenant que ses installations sont sures ? Séisme et probablement raz de marée attendus en Californie, désastre climatique, réveil du volcan géant de Yellowstone, impact d'une météorite un tant soit peu massive ... Et pourtant, ce ne sont que quelques soubresauts. Le Japon s'est déplacé de 2,40 m parait-il, la belle affaire ! L'axe de rotation de la Terre aurait bougé, et alors ? La Terre s'en moque, elle n'en gardera qu'une infime cicatrice au fond de la mer. Et nous, Humains ? Qu'avons-nous appris ? Biogée a parlé, ce n'était qu'un grognement, un vague murmure, une infime protestation… L'avons-nous entendue ?

Nous n'avons plus le choix, il faudra bien accepter le fait qu'on ne peut pas mettre les Hommes d'un côté et la Nature de l'autre ; nous faisons partie d'un tout et notre développement ne peut s'envisager qu'en harmonie avec notre environnement. Comme le dit Michel Serres, il est temps d'instaurer un dialogue à trois en donnant la parole à la Biogée. Il faut changer radicalement les modes de décisions, rejeter les approches politiques au sens électoraliste et étriqué du terme et passer à une vision réellement mondiale, et surtout axée sur le long terme.

Le désastre japonais pose clairement le problème de l'énergie issue de la fission nucléaire, par extension cela pose également le problème des énergies non renouvelables et par extension encore celui des énergies fossiles et du réchauffement climatique. Le problème est bien entendu global, malheureusement la réponse des pays industrialisés a jusqu'à présent été locale et à courte vue. La situation a même empiré puisque l'énergie qui a été pendant longtemps une problématique gérée au niveau des états est en train de basculer vers le monde privé avec une logique économique.

Il faut maintenant penser le problème différemment, mettre en place une vraie politique d'énergie durable basée sur un plan à très long terme. Il est absurde de décréter vouloir "sortir du nucléaire" sans proposer d'alternative crédible et sans prendre en compte le développement technologique sur au moins 50 ans (un millénaire ?). La production et la gestion de l'énergie devrait être mondiale et surtout ne pas être dictée par une logique de profits financiers. La complémentarité entre les pays disposant de ressources hydroélectriques, solaires, éoliennes... est certainement une piste à explorer, mais il faudrait pour cela accepter d'abattre quelques frontières pour qu'un petit pays comme le Japon puisse en disposer sans craindre de se mettre à la merci d'intérêts financiers. La recherche de nouvelles sources d'énergie doit aussi être la priorité ; après tout, l'énergie est partout, le problème n'est "que" de trouver comment la transformer, l'exploiter et l'intégrer harmonieusement à la Biogée.

Évolution

2011-03-05T00:22:00.009+01:00

Bien que nous soyons loin d'en comprendre tous les mécanismes, nous savons maintenant que la vie a progressé par évolutions successives. De nouvelles fonctions sont apparues au cours du temps sous l'effet du hasard ; la plupart inutiles ou non viables ont disparu, d'autres au contraire, se révélant efficaces pour assurer la survie des espèces ont été gardées par Dame Nature pour conduire à l'ensemble de la biodiversité que nous connaissons aujourd'hui. Ce mécanisme d'essais successifs et de sélection naturelle heurte parfois le sens commun, car il nous est très difficile, à nous autres êtres humains dotés d'une espérance de vie d'un peu moins de 100 ans, d'appréhender les échelles de temps de centaines de millions, voire de milliards d'années qui sont mises en jeu dans les processus d'évolution.

Et justement... je me demande quelle pourrait bien être l'étape qui suivra Homo sapiens ? En effet, sapiens est le dernier et seul survivant de la lignée des Homo, toutes les autres espèces s'étant éteintes. Il n'y a aucune raison particulière de supposer que l'homme moderne est un achèvement et que rien de mieux ou de plus adapté ne pourra exister. Ceci peut heurter notre morale judéo-chrétienne qui nous enseigne que Dieu nous a créés à son image et que par conséquent, nous sommes ce qui se fait de mieux dans le genre humain, juste en dessous de la catégorie divine, qui est par définition inaccessible. Quelle prétention !

Évolution de la population mondiale au cours du temps
Source Wikipedia

Force est de constater qu'avec sapiens, les processus naturels ont pris un sacré coup d'accélérateur. Jusqu'à présent, Dame Nature avait l'habitude de prendre son temps, les espèces apparaissaient de temps en temps, finalement sans grand impact sur le restant de la planète, d'autres moins adaptées ou victimes de cataclysmes naturels disparaissaient sans que cela ne porte vraiment à conséquence. Pour la première fois dans l'histoire de la Terre, une espèce a conquis le monde, a commencé à exploiter la planète au point d'entamer de manière notable les ressources qu'elle recèle. Pour la première fois, une espèce vivante est capable de modifier profondément son environnement au point de se mettre elle-même en danger. La courbe ci-dessus montre l'évolution de la population humaine au cours du temps. Il est évident que l'explosion de la croissance de la population au cours des 100 dernières années a un impact majeur sur la planète.

Quel avenir donc ? Soit sapiens continue dans cette voie, rompt les équilibres fragiles de la planète et finalement disparaît. Sapiens n'aura alors été qu'un infime détail dans l'histoire de la Terre et un non évènement dans l'histoire de l'Univers. La planète, elle, s'en remettra ; la grande machine géologique à recycler broiera les traces de notre passage, et peut-être que dans 10 ou 100 millions d'années une autre sorte d'être pensant arrivera, plus économe, plus consciente de sa propre fragilité et donc plus durable. Même si sapiens dure un peu plus longtemps et que dans sa fuite en avant pour tenter de survivre, il finit par détruire l'essentiel de la biodiversité avant de disparaitre, nul doute que la vie perdurera et qu'une nouvelle diversité surgira et s'adaptera à ce que sera devenue la Terre.

J'entrevois une autre possibilité ; à partir d'un certain degré de conscience il est possible qu'une autre forme d'évolution apparaisse, sélectionnant les formes d'intelligence les plus susceptibles de garantir la survie de l'espèce. Ce processus d'adaptation serait alors beaucoup plus rapide que les mécanismes de sélection biologique et permettrait de compenser la tendance humaine à l'autodestruction. Cette idée est finalement très proche du concept "d'hominescence", élégant néologisme inventé par le philosophe Michel Serres qui fait référence à l'émergence d'une nouvelle conscience humaine forgée par nos nouveaux rapports au monde qui nous entoure ainsi que par les avancées technologiques et scientifiques. Le fait de disposer de technologies permettant de balayer toute forme de vie de la surface de la Terre doit d'une certaine manière contribuer à nous rendre plus intelligents et plus tolérants... sous peine de mort !

À la limite, la maitrise de la génétique peut conduire l'humanité à bloquer le processus d'évolution naturelle, puisque toute déviance par rapport à une norme établie pourra être corrigée par une manipulation ou une thérapie génique. Si tel est le cas, cela veut dire que contrairement à ce que je disais plus haut, sapiens est bien le niveau ultime de l'évolution biologique et que toute avancée future de l'espèce humaine ne pourra reposer que sur des mutations intellectuelles ou à la rigueur des mutations biologiques mais qui seront le fruit d'une planification consciente et non pas le résultat du hasard... Il y aura alors quelques problèmes éthiques à régler !

Univers lointain

2011-02-14T23:31:00.004+01:00

En 1966 l'astronome américain Halton Arp publie le catalogue des galaxies spéciales (Catalog of Peculiar Galaxies), son intention était de répertorier un ensemble de galaxies en fonction de leurs caractéristiques particulières. Le catalogue contient 338 "modèles" de galaxies dont la plupart présentent des formes assez inhabituelles. L'atlas de Halton Arp est le résultat de 6 ans d'observation sur deux télescopes de l'observatoire du Mont Palomar dont le mythique 5 mètres.

La photographie ci-dessous est le résultat de 20 poses de 3 minutes sur mon télescope Newton de 150 mm de diamètre et de 750 mm de focale. Le champ photographié se trouve dans la région de la Grande Ourse et couvre une zone du ciel grande comme la pleine Lune. On y distingue deux objets référencés par Halton Arp.

La spirale presque parfaite porte la référence Arp 1 ou NGC 2857, elle est classée dans la catégorie des galaxies à faible luminosité surfacique et effectivement, la belle ne brille pas beaucoup, mais on ne lui en veut pas quand on sait qu'elle est située à un peu plus de 200 millions d'années-lumière.

Juste en dessous se trouve deux autres galaxies dont l'une semble aplatie et avoir des bras étirés. Il s'agit du couple NGC 2854 / NGC 2856 ou Arp 285, que Halton Arp a rangé dans la catégorie "infall and attraction" en d'autres termes ces deux galaxies proches l'une de l'autre sont en interaction gravitationnelle, ce qui a pour effet de les déformer. Les déformations sont bien visibles sur l'image originale du catalogue Arp reproduite ci-dessous.

Image originale de Arp 285 par Halton Arp

Des images encore plus détaillées montrent même l'existence d'un pont de matière entre les deux galaxies (voir ici).

Sur mon image d'amateur et avec les yeux de la foi je crois que l'on distingue le très léger bras dit de contre marée sur NGC2856 (la plus proche de Arp 1) qui est l'un des effets des forces gravitationnelles qui s'exercent entre NGC 2854 et NGC 2856. Arp 285 est un peu plus proche de nous que Arp 1 avec une distance de "seulement" 115 millions d'années-lumière.

Quand on regarde bien l'image, outre les étoiles on distingue bon nombre de petite taches floues, ce sont autant de galaxies lointaines. En particulier à droite de la spirale, il y a un beau groupe de galaxies, trop éloignées pour distinguer le moindre détail, mais tout de même repérables.

Concernant Halton Arp, il n'a jamais été convaincu par la théorie du Big-Bang et a toujours considéré que le décalage vers le rouge des spectres des galaxies n'étaient pas dû à leur grande vitesse d'éloignement par rapport à nous. Surpris par la coïncidence de position entre les quasars et certaines galaxies, il a toujours pensé que ceux-ci étaient bien moins éloignés que ce qui est couramment admis et qu'ils résultent en fait d'une éjection de matière provenant des galaxies elles-mêmes. Les mesures les plus récentes ne confirment pas les hypothèses de Halton Arp.

L'image en négatif ci-dessous indique la position des différents objets mentionnés dans cette note.

Cataclysme cosmique dans la Girafe

2011-01-27T22:54:00.001+01:00

Le 5 janvier 2011 l'astronome amateur Koichi Itagaki (attention page en italien - passer par Google traduction) a observé l'apparition d'une nouvelle étoile sur les images numériques prises à l'aide de son observatoire personnel. Il faut dire que cet agriculteur japonais n'en est pas à sa première trouvaille astronomique, puisqu'il a à son actif la découverte de 66 supernovae et de 3 comètes ! Certes le matériel dont il dispose est impressionnant, mais c'est bien un amateur, passionné du ciel et il a été plus prompt à faire cette découverte que tous les grands programmes professionnels de surveillance systématique du ciel.

L'image ci-dessous, réalisée par Koichi Itagaki, montre la galaxie NGC2655 située dans la constellation de la Girafe à 3 dates successives. Le 2 janvier, il n'y a rien de particulier, le 5 on discerne à peine un petit point lumineux et le7 janvier aucun doute n'est possible le petit point est devenu une étoile bien brillante. Celle-ci étant proche de la galaxie NGC2655, il était très vraisemblable qu'il s'agissait d'une supernova, c'est-à-dire de la manifestation de l'explosion cataclysmique d'une étoile.

Série d'images de la galaxie NGC2655 montrant l'apparition de la supernova (copyright Koichi Itagaki)

Les télescopes professionnels ont rapidement confirmé la découverte et un suivi systématique de l'évolution du phénomène a été entrepris par les professionnels et les amateurs. L'intensité lumineuse de la supernova qui augmentait régulièrement les premiers jours, semblent maintenant se stabiliser. Je n'ai pas pu trouver de références professionnelles mais il semble bien que le spectre, c'est-à-dire l'ensemble des différentes longueurs d'ondes qui composent la lumière de la supernova, ne contient pas les raies caractéristiques de la présence d'hydrogène. Ceci est typique d'une supernova de type 1A formée lorsque dans un système binaire composée d'une naine blanche et d'une étoile géante, la naine blanche qui accrête la matière provenant de sa compagne finit par dépasser un seuil de masse qui provoque un échauffement très important de l'étoile qui engendre la fusion thermonucléaire du carbone puis de l'oxygène. Ces processus se produisent en quelques secondes et l'étoile explose littéralement, dispersant dans l'espace quantité d'éléments lourds. L'énergie libérée est gigantesque, au point que la supernova devient aussi brillante que des milliards de soleils.

L'image ci-dessous a été prise par mes soins le 23 janvier, on voit que la supernova est quasiment aussi lumineuse que le cœur de la galaxie qui l'héberge.

Les autres étoiles visibles sur l'image sont situées dans notre propre galaxie et sont donc très proches de nous à l'échelle cosmique. La supernova baptisée SN2011B est quant à elle, située à environ 60 millions d'années-lumière de la Terre. Ceci signifie que l'explosion s'est produite il y a 60 millions d'années et la lumière ne nous arrive que maintenant. Pour comparaison, Il y a 60 millions d'année, la Terre traversait l'époque du Paléocène et voyait naitre ses tout premiers primates. Inutile de dire qu'avec l'énergie dégagée, s'il y avait de la vie dans un rayon de quelques années-lumière autour de la supernova, celle-ci a dû être balayée instantanément. On a donc affaire à un évènement réellement cataclysmique, mais c'est aussi grâce à eux que les éléments lourds sont synthétisés et que ceux-ci se retrouveront un jour déposés sur quelques planètes lointaines afin de faire vivre quelques êtres intelligents ou censés l'être... C'est ce phénomène qui a fait dire à l'astrophysicien Hubert Reeves que nous sommes "poussières d'étoiles".

Une sombre histoire d'énergie noire…

2011-01-19T23:25:00.004+01:00

Au début du XXe siècle la science considérait l'Univers comme étant statique, immuable et relativement homogène. La notion même de galaxie n'existait pas encore et il faudra attendre 1923 et Edwin Hubble pour réaliser que les taches floues observées par les astronomes et alors baptisées nébuleuses sont des "univers-îles" c'est-à-dire des galaxies semblables à la nôtre et constituées de myriades d'étoiles.

L'Univers est donc statique et Einstein est un peu perturbé lorsqu'il constate que sa théorie de la gravitation (la relativité générale) prédit naturellement un univers en expansion. Il trouva cela tellement peu naturel qu'il crut bon d'ajouter une constante dans ses équations afin de rendre (artificiellement) l'univers statique.

Entre 1925 et 1929 Edwin Hubble et Milton Humason (je conseille de lire sa fiche Wikipedia car son histoire est savoureuse…) en observant le décalage vers le rouge des spectres de certaines étoiles extragalactiques nommées céphéides dont on est capable de déterminer la distance, découvrent que celles-ci semblent s'éloigner de nous et ceci d'autant plus vite qu'elles sont situées à une grande distance. Hubble et Humason établissent la loi dite de Hubble qui relie la distance des objets cosmiques à leur vitesse de récession, sans parait-il en saisir toute la portée.

Entre temps et indépendamment, Alexandre Friedmann et le chanoine Georges Lemaître ont réalisé que les équations de la relativité générale prédisent un Univers en expansion. Les mesures de Hubble et Humason confirment donc cette prédiction remarquable. La controverse scientifique battra son plein pendant des années avant que ne s'impose cette théorie dite du "Big Bang", sobriquet inventé par l'astronome Fred Hoyle qui était convaincu que l'Univers était stationnaire.

L'incrédulité étant passée, tout allait bien avec l'Univers en expansion et la loi de Hubble qui relie la vitesse de récession des objets cosmiques à leur éloignement (plus un objet est loin plus il semble s'éloigner de nous à une grande vitesse). Le principal problème était alors de mesurer précisément la constante de Hubble et de déterminer la géométrie de l'Univers : plat (la gravité et l'expansion se compensent exactement, l'expansion est infinie mais tend à s'arrêter), fermé (la gravité l'emporte et l'Univers se recontracte), ou bien ouvert (l'expansion l'emporte et l'Univers se dilue à l'infini).

Pour tirer au clair cette affaire de géométrie de l'Univers, les astrophysiciens devaient trouver le moyen de mesurer le plus précisément possible la vitesse d'éloignement d'objets lointains situés à une distance connue. Pour cela ils ont recherché des "chandelles standards", c'est-à-dire des astres dont les caractéristiques physiques permettent de déterminer leur luminosité intrinsèque. En comparant la luminosité intrinsèque à la luminosité apparente mesurée depuis la Terre, il est facile de déterminer la distance de l'objet. Pour ce faire, Edwin Hubble avait utilisé des étoiles variables appelées Céphéides (l'étoile Polaire par exemple) dont le très fort éclat varie selon une période qui dépend de sa luminosité intrinsèque. Ces "chandelles" sont fiables, mais on ne peut les discerner que si elles ne sont pas trop éloignées et cela limite l'exploration à la proche banlieue de la Voie Lactée. Afin de sonder l'Univers plus lointain, les astronomes utilisent des astres ayant une luminosité bien plus grande que les Céphéides, il s'agit de supernovae d'un type bien particulier dit "1A", dont le processus de formation est supposé suffisamment bien compris pour qu'on puisse déterminer la luminosité absolue de la supernova en observant précisément l'évolution du spectre de la lumière qu'elle émet. Le problème est qu'il y a très peu de supernovae qui explosent et seulement une fraction d'entre elles sont du type 1A. De plus, pour qu'elles soient exploitables pour mesurer l'Univers, il faut les détecter très tôt après l'explosion et suivre leur évolution. Il faut donc des télescopes dédiés qui scrutent le ciel en permanence à la recherche d'une étoile qui s'allume dans une lointaine galaxie.

La supernova SN2005cs dans la galaxie M51 située à 31 millions d'années-
lumière, photographiée avec mon matériel d'amateur en 2005. Les autres
étoiles appartiennent à notre propre galaxie et sont donc beaucoup plus
proches.

En résumé la mesure de l'évolution du spectre d'une supernova permet de remonter à sa luminosité intrinsèque donc à sa distance. La mesure du décalage vers le rouge de sa lumière est reliée à la vitesse à laquelle l'espace situé entre l'observateur et la supernova se dilate sous l'effet de l'expansion de l'Univers.

En 1998, deux équipes concurrentes : le Supernova Cosmology Project et le High-Z Supernova Search Team, collectent depuis quelques années des données sur les supernovae 1A, toutes deux s'attendent à trouver des indications en faveur d'un ralentissement de la vitesse d'expansion de l'Univers. Si tel était le cas, une supernova très lointaine (c'est-à-dire qui s'est allumée il y a très longtemps) devrait s'éloigner proportionnellement plus vite qu'une supernova proche (c'est-à-dire qui s'est allumée récemment). Curieusement les deux équipes observent exactement l'inverse ! La conclusion est donc que l'expansion de l'Univers est actuellement en train de s'accélérer.

Cette curieuse observation a depuis été confirmée par d'autres équipes et par d'autres méthodes, en particulier les mesures du rayonnement de fond cosmologique, c'est-à-dire de la lumière émise environ 380 000 ans après le Big-Bang, au moment où l'Univers est devenu transparent pour le rayonnement, indique qu'une mystérieuse forme d'énergie dite "noire" ou "sombre" contribue pour plus de 70% à la densité d'énergie de l'Univers. C'est cette énergie noire qui est responsable de l'expansion accélérée de l'Univers.

Nous n'avons actuellement que des idées très spéculatives sur la nature de l'énergie noire. Pour avancer dans la compréhension et la caractériser, il faut réaliser des mesures plus précises en sondant l'Univers. En gros, deux types de modèles s'affrontent: soit la densité d'énergie noire est uniforme et constante dans l'Univers, auquel cas cela plaide en faveur d'un terme supplémentaire dans les équations de la relativité générale, il s'agit d'une constante cosmologique telle que celle qu'Einstein avait introduit pour rendre l'Univers statique (ironie !). Soit la densité d'énergie noire n'est pas constante, et on a affaire à un modèle de "quintessence" (le cinquième élément) nommé ainsi comme un clin d'œil aux quatre éléments des grecs: la terre, l'air, l'eau et le feu, devenus pour les cosmologistes la matière ordinaire, la matière noire froide, le rayonnement et les neutrinos. Le cinquième élément serait une sorte d'Éther emplissant tout l'espace. Les deux possibilités ne sont pas faciles à distinguer, car il est possible que les variations de la densité d'énergie noire soient très subtiles.

Dans tous les cas, les physiciens sont face à un problème majeur, l'énergie noire est peut-être l'arbre qui cache la forêt et un pan entier de nouvelle physique est peut-être sur le point d'émerger. De la compréhension de ce problème résultera notre connaissance de l'avenir de l'Univers ; celui-ci se recontractera-t-il pour renaitre dans un nouveau Big-Bang, ou bien au contraire l'énergie noire deviendra-t-elle à ce point prépondérante que la matière elle-même se disloquera (Big-Rip) ? Il est en effet tout à fait possible que nous vivions actuellement dans une phase très particulière et éphémère de l'Univers. Alors profitons en avant de peut-être disparaitre à jamais !

Une page se tourne

2011-01-12T00:16:00.002+01:00

Aujourd'hui est un triste de jour : Pier Oddone, le directeur du Fermi National Accelerator Laboratory plus connu sous le nom de Fermilab, vient d'annoncer qu'il n'avait pas pu obtenir les crédits nécessaires au fonctionnement de l'accélérateur Tevatron et que celui-ci s'arrêterait donc définitivement à la fin de l'année 2011. Cette décision va à l'encontre de l'avis du très sérieux HEPAP (High Energy Physics Advisory Panel) qui avait recommandé de faire fonctionner cet accélérateur jusqu'à la fin 2013. Au-delà des difficultés budgétaires, il est probable que l'excellent fonctionnement du LHC en 2010 et la très probable décision de ne pas procéder à l'arrêt technique initialement prévu en 2012 a dû contribuer à pousser Fermilab à stopper le Tevatron.

Le bâtiment principal de Fermilab et le lac

Le Tevatron accélère en sens inverse un faisceau de protons et un faisceau d'antiprotons et les fait entrer en collision au centre de deux grands détecteurs : CDF et D0. L'énergie de chacun des faisceaux est de pratiquement 1 TeV (Tera électronVolt) soit l'énergie acquise par un électron soumis à une différence de potentiel de 1 million de milliards de volts. C'est à cette énergie, quelque peu mythique lors de sa construction, que fait référence son nom.

Le Tevatron a été une machine d'avant-garde, entièrement constituée d'éléments supraconducteurs. Il y a en effet près d'un millier d'aimants en alliage niobium-titane capable de fournir le champ magnétique intense nécessaire au guidage des faisceaux. Les débuts furent difficiles et je me souviens de collègues partis en séjour postdoctoral à Fermilab et qui sont revenus en France sans avoir vu le faisceau. Mais une fois la machine au point, les deux collaborations internationales CDF et D0 ont fourni une moisson de résultats de physique dont la découverte en 1995 du "top", dernier élément de la famille des quarks.

Avec le démarrage du LHC an 2009, la compétition entre le CERN et Fermilab pour la découverte du Higgs était lancée. Aujourd'hui le Higgs n'est pas encore découvert mais le LHC, au CERN, avec son énergie supérieure, s'annonce mieux placé pour le découvrir. C'est peut-être une excellente opportunité pour l'Europe scientifique, mais c'est un déchirement de voir une aussi belle machine s'arrêter. J'ai vécu personnellement l'arrêt de deux grands accélérateurs, le LEP au CERN et PEP II au SLAC, ce ne sont pas des bons souvenirs...

Fermilab doit maintenant rebondir et assurer au mieux son ambitieux programme de recherche sur la physique des neutrinos. D'autres projets sont à l'horizon, notamment avec "Project X" qui vise à réaliser un accélérateur de protons à très haute intensité (et non pas énergie), brique de base vers une nouvelle génération d'expériences sur les neutrinos et de façon ultime vers un collisionneur de muons. Heureusement les coupures budgétaires ne brident pas l'imagination des physiciens et gageons que ceux-ci sauront se montrer suffisamment convaincants pour trouver les moyens de concrétiser leurs plus fantastiques idées.

Le destrier d'Orion

2010-12-27T16:55:00.013+01:00

La photographie ci-dessous a été prise hier soir depuis mon jardin avec une petite lunette de 66 mm de diamètre pour 400 mm de focale et équipée d'un filtre H alpha. L'image finale résulte de l'empilement de 16 poses individuelles de 4 minutes. Le temps d'exposition total est donc de 1 heure et 4 minutes.

Il s'agit de la "Tête de Cheval" dans la nébuleuse IC434 ; elle est située à environ 1500 années lumière de la Terre dans la constellation d'Orion. La Tête de Cheval elle-même fait partie d'un nuage de poussières dense qui masque une nébuleuse en émission, c'est-à-dire un nuage d'hydrogène excité par l'intense rayonnement émis par une étoile voisine. En bas à gauche, on distingue une portion de la nébuleuse de la Flamme et juste au dessus, se trouve l'étoile Alnitak, visible à l'œil nu comme l'étoile la plus à l'Est du "baudrier d'Orion".

Dans le ciel, le champ couvert par la photographie représente deux fois le diamètre de la pleine Lune, c'est-à-dire que si nos yeux étaient suffisamment sensibles, il serait alors possible de voir ce spectacle magnifique sans aucun grossissement.

La nébuleuse de la Tête de Cheval a été observée pour la première fois en 1890 par Williamina Paton Stevens Fleming qui ayant été abandonnée par son mari, était entrée au service du célèbre astronome Edward Charles Pickering. La petite histoire dit que ce dernier, mécontent de ces assistants masculins avait offert à sa femme de chambre un poste à l'observatoire.
La photographie ci-dessus montre la plaque photographique analysée par Williamina Fleming sur laquelle la Tête de Cheval apparait pour la première fois. Williamina Fleming fut l'auteure de biens d'autres découvertes dont celle des étoiles de type "naines blanches".
Orion est la constellation typique du ciel d'hiver. Outre la Tête de Cheval et la Flamme, elle renferme la grande nébuleuse d'Orion, immense nuage de gaz que l'on distingue à l'œil nu si la nuit est bien noire. Sortez dehors, levez le nez, bravez le froid, c'est superbe...

Théories physiques et représentations du monde (2)

2010-12-24T01:16:00.001+01:00

L'émergence des nouvelles théories de la physique moderne au XXe siècle, avec les relativités (restreinte et générale) et la mécanique quantique, s'est accompagnée d'une complexification considérable de la représentation des mondes qu'elles décrivent.

Les concepts de mécanique classique ne posent aucun problème de compréhension car ils décrivent le plus souvent le comportement d'objets courants, macroscopiques, évoluant à des vitesses humainement concevables... Il est facile d'imaginer ou de réaliser des expériences qui en illustrent les principaux aspects et les effets observés heurtent rarement le sens commun.

La représentation de la mécanique céleste commence déjà à poser quelques problèmes. Il faut, par exemple, admettre que des corps massifs interagissent entre eux grâce à une force de portée infinie et proportionnelle à la masse des corps en question. Il faut également admettre qu'un corps mis en mouvement dans le vide et soumis à aucune force va conserver ce mouvement indéfiniment. C'est logique quand on y pense, mais ce n'est absolument pas intuitif si on se réfère aux situations de la vie courante où les frottements tendent à stopper tout mouvement après un temps relativement court à l'échelle humaine.

Le problème se complexifie considérablement avec les relativités et la mécanique quantique car ces théories décrivent des situations que nous n'observons pas dans la vie courante. Par exemple pour un Être Humain normalement constitué, le temps est absolu : il s'écoule du passé vers le futur de la même manière en tout point du globe et quelques soient les conditions dans lesquelles on se trouve. La vie courante est construite autour de ces principes et les horloges synchronisées à quelques fractions de seconde près rythment notre existence. La notion de relativité du temps en fonction du référentiel dans lequel se trouve l'observateur bouleverse le sens commun. De même, la représentation quantique d'une particule dont on ne peut pas dire à coup sûr qu'à tel moment elle se trouve à une position donnée et qu'elle est animée d'une vitesse précise, est difficilement concevable. Même les plus grands physiciens ont eu du mal avec ces notions, à tel point que certains n'ont jamais cru à la véracité de la théorie quantique. Il est vrai que jusqu'au début du XXe siècle, on était persuadé du caractère déterministe de la physique ; une "bonne" théorie se devait donc de pouvoir prédire à coup sûr des grandeurs comme la vitesse ou la position d'un objet pour peu que l'on connaisse les conditions initiales du système et les forces mises en jeu.

Le fond du problème est notre difficulté, voire notre incapacité à construire une représentation du monde différente de celle que nous percevons dans notre quotidien. Quoiqu'on fasse, on aura toujours un mal fou à se représenter une particule autrement que comme une petite bille et un atome autrement que sous la forme d'un système planétaire dans lequel le noyau joue le rôle du Soleil et les électrons celui des planètes. Si vous demandez à des physiciens de vous expliquer ce qu'est le spin d'une particule, il y a fort à parier que la majorité d'entre eux répondront que c'est une quantité qui caractérise le fait qu'une particule tourne sur elle-même dans un sens ou dans l'autre ! Cette représentation du spin n'a rien à voir avec la réalité ; elle ne sert qu'à tenter de mettre une image sur des propriétés physiques qui n'ont aucun équivalent dans notre monde macroscopique.

Le besoin de mettre des images sur des phénomènes physiques va très loin. C'est ainsi que les physiciens des particules ont inventé la notion de "charge de couleur" pour les quarks. Chaque quark est ainsi affublé d'une couleur arbitraire, un ensemble de quarks composant une particule devant globalement être neutre au niveau des couleurs. Par exemple, un baryon (proton, neutron,…) est composé de 3 quarks obligatoirement de couleurs différentes afin que la résultante soit blanche. Bien entendu, ces couleurs sont des représentations mentales d'une réalité qui est toute autre.

A partir d'un certain niveau de complexité, il devient très difficile de construire des représentations mentales cohérentes et seules les mathématiques permettent de décrire fidèlement les phénomènes physiques. Cet état de fait peut semer le doute chez les non spécialistes qui ne voient dans ces théories qu'un édifice mathématique abscons alors qu'il s'agit bien d'une représentation (parfois imparfaite) de la réalité. De même, une prédiction découlant de calculs mathématiques, aussi surprenante soit-elle, doit être considérée comme la manifestation d'une réalité si l'expérience la confirme.

La grande question qui se pose, et à laquelle je n'ai pas de réponse, est : Pourquoi les mathématiques sont ce qu'on a trouvé de mieux pour représenter le monde ? Y a-t-il là quelque chose de fondamental ? Les mathématiques sont-elles le fondement même de l'Univers, ou n'est-ce qu'un pis-aller pratique qui pourrait être détrôné par une autre approche qui s'imposera quand l'Humain aura atteint un niveau de conscience supérieur ?

Théories physiques et représentations du monde (1)

2010-12-10T00:17:00.003+01:00

Je suis toujours un peu étonné de la vision manichéenne souvent exprimée par le grand public sur les grandes théories de la physique moderne. Il semble que pour beaucoup de personnes, une bonne théorie se doit d'être juste dans l'absolu, comme si la seule vraie théorie était celle qui décrivait l'Univers dans son ensemble, une sorte de théorie du Tout ou de théorie de Dieu. Cette conception tend d'ailleurs à décrédibiliser la science et les scientifiques, car le fait qu'une partie d'une théorie soit remise en cause par l'observation ou par de nouvelles avancées conceptuelles, est assimilé à l'invalidation de l'ensemble.

A cet égard, la théorie de la relativité restreinte d'Einstein a souvent été mise en cause. C'est un peu passé de mode, mais on a vu pendant longtemps, y compris dans des journaux de vulgarisation scientifique, que tel ou tel avait démontré que cette théorie était fausse. J'imagine que les paradoxes temporels étant sources de beaucoup de fantasmes et heurtant le sens commun, la relativité restreinte se trouvait être une cible toute désignée pour les sceptiques. Or, actuellement, les relativités restreinte et générale marchent tellement bien que même pour une application aussi courante que le GPS, il est indispensable de prendre en compte les corrections relativistes si l'on veut éviter une dérive de précision de l'ordre de 2 km par jour ! Chaque jour, des millions de personnes à travers le monde vérifient donc la relativité dans leur voiture et quand vous n'arrivez pas à bon port c'est à coup sûr à cause d'une erreur dans les cartes ou dans le logiciel et Albert n'y est pour rien !

Une théorie, pour être valable, se doit d'expliquer les observation et d'être prédictive, c'est-à-dire être capable de prédire le résultat d'une mesure encore jamais réalisée. Une théorie a toujours un domaine d'application. Par exemple, lorsque les Grecs ont introduit les épicycles dans leur théorie sur le mouvement des astres, c'était pour rendre compte de l'observation des "astres errants" (les planètes) qui semblaient se déplacer différemment des autres astres (les étoiles). Cette théorie qui nous semble maintenant un peu bizarre, rendait compte de l'observation et avait certainement un certain pouvoir prédictif. C'était donc une "bonne" théorie, adaptée à la compréhension et aux moyens d'observation de l'époque.

De même, la mécanique classique qui permet de décrire le comportement des objets macroscopiques animés d'une vitesse petite devant celle de la lumière fonctionne très bien. Elle décrit magnifiquement le monde courant et me permet de calculer la trajectoire d'un objet mobile avec une précision tout à fait honorable. C'est quand je sors du domaine d'application de la mécanique classique que je dois me placer dans le cadre d'une théorie plus générale ou plus adaptée. Par exemple, si mon objet se déplace avec une très grande vitesse, je vais devoir appliquer des équations relativistes, ou bien si mon objet est une particule élémentaire interagissant avec une autre, il me faudra alors me placer dans le cadre de la théorie quantique des champs. Aucune de ces théories n'est juste dans l'absolu ; toutes sont les meilleures descriptions que nous connaissions dans des domaines bien précis. Rien ne m'empêche d'ailleurs de me placer dans un cadre relativiste pour décrire le mouvement d'un train, je vais juste compliquer les calculs pour arriver au même résultat que si je m'étais placé dans un cadre classique non relativiste.

Une nouvelle théorie émerge lorsque les théories existantes sont incapables de rendre compte de l'observation. Par exemple, au début du XXe siècle, les physiciens étudient les propriétés d'un objet relativement simple nommé "corps noir" : il s'agit d'un système capable d'absorber intégralement les rayonnements auxquels il est exposé. Une fois à l'équilibre thermique, il réémet un rayonnement dont on peut mesurer les caractéristiques. Or, quand on fait les calculs dans le cadre de la physique classique, on arrive à la conclusion absurde que le corps noir doit rayonner une quantité infinie d'énergie. Ce fut l'un des deux arguments qui ont mené à l'élaboration de la théorie quantique, l'autre étant l'explication de l'effet photo-électrique par l'existence de quanta de rayonnement, nommés photons. On voit donc que l'émergence d'une théorie qui va bouleverser profondément notre conception de la physique découle des propriétés d'un objet relativement banal (en première approximation, il s'agit d'un four parfaitement isolé et percé d'un petit trou permettant d'effectuer les mesures).

L'apparition de quantités infinies dans les calculs est toujours le signe que quelque chose ne fonctionne pas (et pour cause !) C'est par exemple par des arguments de ce type que l'on sait que le modèle standard de la physique des particules est incomplet et que le LHC est très bien placé pour mettre en évidence de nouveaux phénomènes caractéristiques d'une théorie physique plus générale. Quand on fait face à une telle situation, de nombreuses théories sont proposées par les théoriciens. Toutes doivent au minimum être capables de rendre compte de la physique connue. Ce seront finalement les résultats des expériences qui permettront de repérer les bonnes théories et d'éliminer les autres sans appel.

Toute théorie n'est donc pas bonne à priori. La science ne permet pas de supposer n'importe quoi. Par exemple, la gravitation fait que ma chaise a ses quatre pieds bien posés sur le sol. Une théorie qui prédirait qu'elle va se soulever d'elle-même jusqu'au plafond peut être rejetée immédiatement. Cet exemple est évidemment absurde mais les hypothèses farfelues prédisant l'engloutissement de la Terre dans un trou noir créé par le LHC l'étaient tout autant et pourtant elles ont fait couler beaucoup d'encre et il a fallu que le CERN se justifie. Certes, nous sommes loin de tout connaitre, mais cela ne veut pas dire que nous ne connaissons rien. Un certain nombre de choses ne peuvent simplement pas être.

Super Computing à la Nouvelle Orléans

2010-11-20T01:31:00.004+01:00

Chaque année au mois de novembre a lieu au États-Unis la grande conférence "Super Computing" qui est l'occasion de faire le point sur l'état de l'art en matière d'informatique de pointe, on pourrait même parler ici d'informatique extrême. C'est au cours de cette conférence qu'est établie l'une des deux éditions annuelles du "top 500" des ordinateurs les plus puissants de la planète.

Balade dans le "French Quarter"

Le "top 500" a un petit côté puéril dans le sens où c'est quasiment une question de fierté nationale de montrer aux yeux des observateurs ébahis que l'on possède la plus grosse… machine mondiale. D'un autre côté le "top 500" permet de quantifier les progrès technologiques et de se projeter dans l'avenir afin de déterminer quand l'informatique permettra de résoudre tel ou tel problème particulièrement gourmand en puissance de calcul.

Cette année Super Computing avait lieu à la Nouvelle Orléans et rassemblait 10 000 experts. Pour la première fois, la Chine a obtenu la première place au "top 500" avec la machine Tianhe-1A (Tianhe signifiant Voie Lactée en chinois) qui déploie une puissance de 2.6 petaFlops c'est-à-dire 2.6 millions de milliards d'opérations en virgule flottante par seconde, loin devant la machine américaine Jaguar de la compagnie Cray qui n'aligne "que" 1.8 petaFlops.

Le "top 500" est déterminé en exécutant le même algorithme étalon sur toutes les machines. L'étalon nommé "LINPACK", consiste à résoudre un énorme système d'équations linéaires. La résolution nécessite un très grand nombre de calculs élémentaires qui sont répartis sur l'ensemble des processeurs de la machine. LINPACK va s'exécuter d'autant plus rapidement que la vitesse des processeurs est grande, que leur nombre est important et qu'ils disposent d'un réseau suffisamment performant pour échanger des informations rapidement. L'algorithme lui-même est relativement simple et est donc facilement implantable quelque soit le type de processeur utilisé. Il est possible à partir des données constructeurs de déterminer la puissance théorique d'un ordinateur que l'on peut alors comparer avec la puissance mesurée. Dans la liste du "top 500" ces deux valeurs sont respectivement désignées par Rpeak (théorique) et Rmax(mesurée). Un rapport Rmax / Rpeak proche de 1 indique que l'architecture matérielle est parfaitement exploitée par l'algorithme.

Quand on regarde le rapport Rmax / Rpeak pour les premiers ordinateurs du Top 500, on voit que la machine chinoise présente un ratio de 0.55 alors qu'il est de 0.78 pour le Jaguar américain et même 0.84 pour la machine française classée 6ème au Top 500. En fait la machine chinoise est hybride et tire l'essentiel de sa puissance d'une utilisation massive de processeurs graphiques (américains) détournés à des fins de calcul. Cette architecture est astucieuse mais introduit des contraintes de programmation importantes et certaines applications complexes ne peuvent pas l'exploiter pleinement. Tianhe est donc une machine taillée pour le Top 500 mais elle serait certainement plus difficilement exploitable dans un autre cadre et se comparerait sans doute à la moyenne de ses concurrentes directes.

Ceci étant, la performance chinoise est excellente car il est loin d'être évident d'assembler une telle machine et le réseau d'interconnexion qui est parait-il de conception entièrement chinoise est certainement très performant.

Sur un plan moins technique, il est intéressant de noter qu'une partie des 10 premières machines du "top 500" est, principalement destinée à des usages militaires. La machine française TERA100 est installée dans les locaux de la Direction des Affaires Militaires (DAM) du CEA et va servir aux modélisations et simulations nécessaires à la mise au point des armes nucléaires de demain. Elle prend le relai de TERA 10 qui était déjà bien placée au "top 500" en son temps. Il en est de même pour le "Road Runner" de Los Alamos, et n'en doutons pas, pour Tianhe. Incontestablement, la dissuasion nucléaire se déplace maintenant vers l'informatique et il viendra peut-être un jour où le nombre de têtes nucléaires disponibles dans un pays, sera moins significatif que la puissance informatique et le niveau d'expertise des informaticiens militaires.

En dehors des applications militaires, ces supercalculateurs sont indispensables pour modéliser de plus en plus finement des phénomènes physiques complexes tels que des écoulements turbulents, l'évolution de galaxies ou encore tenter de comprendre l'évolution du climat sur de grandes périodes de temps, en tenant compte de la complexité de l'ensemble du globe terrestre (océans, terre et atmosphère). Certaines disciplines ne peuvent progresser que par un recours à des ordinateurs de plus en plus puissants.

Une petite partie des équipements réseau mis en oeuvre

Mis à part le "top 500", la conférence Super Computing est l'occasion d'avoir une vue d'ensemble de tout ce qui touche à l'informatique de pointe, un gigantesque hall d'exposition et de démonstration permet aux participants de voir le matériel et de discuter avec des experts.

La technologie déployée est impressionnante. Chaque année, des experts du monde entiers collaborent avec des fabricants de matériel pour créer, le temps de la conférence, SCINET, le réseau informatique le plus rapide au monde. Cette années, pas moins de 270 km de fibres optiques ont été installées, le site de la Nouvelle Orléans était capable d'échanger 260 GigaOctets de données par seconde avec le monde extérieur (cela représente le contenu de 50 DVD chaque seconde) et une liaison expérimentale à 100 Gigabits par seconde était disponible pour réaliser des tests.

Quant à l'organisation, elle est à l'américaine avec de grands shows très colorés et hétéroclites, les exposants n'hésitant pas à payer de leur personne, tel ce constructeur qui faisait son exposé juché sur un monocycle et entravé par une camisole de force ! Ou tel autre qui avait engagé une diseuse de bonne aventure tirant les tarots et lisant dans une boule de cristal ! Dans un contexte scientifique, le décalage est total. En tout cas, le show est bien rodé et vaut le déplacement.

Ce qu'il ne faut pas inventer pour attirer l'attention !

Vous ne regarderez plus votre appareil photo tout à fait de la même manière...

2010-11-07T01:30:00.001+01:00

Le détecteur ATLAS sur le LHC (Copyright CERN)

Lorsque l'on montre les détecteurs qui sont installés sur le LHC, les visiteurs sont souvent impressionnés par le gigantisme et l'apparente complexité de la technologie mise en jeu. Il est pourtant possible à tout un chacun d'en comprendre le principe de fonctionnement en remarquant qu'un banal appareil photographique numérique possède un grand nombre de points communs avec les détecteurs de particules.

Un appareil photographique n'est rien d'autre qu'un détecteur de lumière, or, depuis qu'Einstein a décrit l'effet photo-électrique on sait que la lumière peut-être considéré comme un ensemble de particules que l'on nomme "photons". Les collisionneurs de particules produisent de grandes quantités de photons énergétiques. En photographie, l es grains de lumière ont une énergie bien plus faible, mais la physique sous-jacente est la même. Un appareil photographique est donc un détecteur spécialisé dans la détection de photons "faiblards" alors que les détecteurs en physique des particules sont également sensibles à d'autres types de particules, par exemple les électrons, les pions, les kaons, etc...

Le capteur CCD ou CMOS du boitier photo est l'élément sensible du système qui va convertir les flux de lumière en une série de signaux électriques. Un détecteur de particules contient également des éléments sensibles capables de produire des signaux dépendant des caractéristiques de la particule détectées. Un détecteur va selon les cas, donner des informations permettant de retrouver la position, l'énergie, la charge électrique, etc.

Le capteur photographique couleur est constitué d'une matrice de millions de pixels, chacun d'entre eux est muni d'un minuscule filtre coloré rouge, vert ou bleu. Un pixel touché va donc donner une information sur la position des grains de lumière incidents et sur la couleur de ceux-ci, c'est-à-dire sur leur énergie (un photon bleu est un peu plus énergétique qu'un photon rouge).

L'électronique du détecteur ou du boitier photo est destinée à récupérer les signaux électriques produits par les éléments sensibles, à les mettre en forme et à les coder sous une forme numérique (ce sont les fichiers ".jpg" des appareils photos). La mise en forme est très importante, il faut nettoyer les signaux électriques qui possèdent toutes sortes de biais, il faut également égaliser la réponse de l'ensemble des éléments de détection de façon à ce que deux grains de lumières (ou deux particules) ayant les mêmes caractéristiques produisent le même signal en chaque point du capteur (ou du détecteur). Tout ceci est heureusement fait automatiquement.

Les informations codées numériquement sont stockées sur la carte mémoire de l'appareil photo ou sur des systèmes de stockage très capacitif pour les détecteurs de particules. Une fois la carte mémoire vidée sur un PC il est possible d'appliquer des traitements supplémentaires avec des logiciels adaptés pour renforcer les contrastes, supprimer les yeux rouges, voire même cacher un bouton disgracieux... Les photos seront ensuite distribuées sur Picasa, Flickr ou Facebook en utilisant les réseaux informatiques. C'est le même processus pour la physique ; les données sont traitée, analysées, filtrées et distribuée dans le monde entier grâce aux réseaux informatiques afin que les physiciens puissent les exploiter et "taguer" les quelques particules ou phénomènes physiques qui auront été identifiés. Pour un physicien, le tag "Higgs" est aussi attendu et recherché que le tag "petite dernière" après une naissance attendue !

En physique, tout comme dans la vie, on ne photographie pas n'importe quoi. Le photographe observe la scène sur le petit écran de l'appareil et n'appuie sur le déclencheur que lorsqu'il est parfaitement content du cadrage et du niveau de zoom. De même, les détecteurs n'enregistrent pas tout à chaque collision. Un système basé sur des mesures rapides mais grossières analyse rapidement ce qui se passe et ne déclenche la lecture complète des centaines de millions d'information du détecteur que lorsque certains éléments indiquent que la collision a des chances d'être intéressante. Ce dispositif nommé "trigger" doit être extrêmement bien fait pour éviter d'introduire des biais dans les analyses de physique et surtout éviter de rater un phénomène intéressant.

Le principe des détecteurs de physique des particules n'est pas plus compliqué que cela, c'est la masse d'informations produites et la vitesse des "prises de vues" qui nécessitent la débauche de technologie que l'on observe dans les expériences installées sur le LHC.

Au temps où les ordinateurs balbutiaient ou l'étrange histoire de M. Klein

2010-10-14T23:12:00.005+02:00

On a tendance à l'oublier, tant l'électronique et l'informatique sont omniprésents dans le monde actuel, mais il fut un temps, pas très éloigné d'ailleurs, où les calculs se faisaient à la main, de tête ou à la rigueur avec des calculateurs très sommaires.

Je me souviens très bien de mon Papa dans les années 65-68, économe dans un grand centre hospitalier qui faisait des comptes avec la petite machine mécanique "Curta" présentée sur la photo ci-contre. Papa a toujours été à la pointe du progrès, mais dû attendre 1973 ou 1974 pour avoir sa première calculatrice électronique de poche, une HP 45 je crois.

En physique, qu'elle soit expérimentale ou théorique, on a bien du mal à imaginer que tant d'avancées aient pu être faites sans machine à calculer, avec la seule aide de la règle à calcul et des tables de logarithmes. Et pourtant les grandes révolutions de la physique, la relativité restreinte et générale, la mécanique quantique, la théorie des champs ont été élaborées et mises en application bien avant l'avènement de l'informatique.

Le CERN, installa son premier ordinateur en 1958, il s'agissait d'un énorme Ferranti Mercury ayant un temps de cycle (temps nécessaire pour effectuer une instruction élémentaire) de 60 microsecondes et une mémoire de masse d'un peu plus de 130 0 00 mots de 20 bits ; même pas de quoi stocker une unique photo d'un appareil photo numérique bas de gamme ! La programmation d'un tel système était loin d'être aisée et ne pouvait être entreprise que par des spécialistes. Impossible donc pour un physicien standard d'utiliser directement la machine.

L'ordinateur Ferranti Mercury du CERN (copyright CERN)

Cette même année 1958, suite à un concours de circonstances, peut-être favorisé par la concordance de nationalité des deux personnes, le directeur du CERN de l'époque: C.J. Bakker rencontra Wim Klein, un calculateur prodige qui avait exercé dans le milieu du music hall et lui proposa de l'embaucher. Celui-ci accepta et devint une sorte d'ordinateur humain au service de la physique des particules.

Wim Klein en action (Copyright CERN)

Il travaillait au côté des théoriciens et calculait les expressions mathématiques issues de leurs recherches. Son raisonnement permettait également de mieux programmer les ordinateurs en orientant les méthodes de programmation des informaticiens. Jusque vers 1965, il fit jeu égal avec les ordinateurs du CERN, certains physiciens préférant souvent le contact humain avec Wim Klein à la complexité froide des machines. Après 1965, l'informatique devenant plus puissante et plus conviviale, son rôle scientifique déclina, mais il était devenu une icône et resta au CERN où il intervenait auprès des jeunes ainsi que lors de démonstrations publiques qui attiraient beaucoup de monde. Il quitta finalement le CERN en 1974 pour retourner vivre aux Pays Bas.

Au summum de son entrainement Wim Klein réussit à extraire de tête la racine 73ème d'un nombre de 500 chiffres, en 2 minutes et 9 secondes. Durant son intense réflexion, il marmonnait en hollandais ce qui l'aidait à se concentrer.

Wim Klein fut assassiné chez lui en 1986, l'affaire ne fut jamais élucidée.

Le lien suivant pointe vers le film de la toute dernière exhibition de Wim Klein lorsqu'il quitta le CERN: http://cdsweb.cern.ch/record/422552

Monsieur Charpak

2010-10-02T22:43:00.005+02:00

Georges Charpak est l'inventeur d'un système extrêmement astucieux permettant de détecter et de reconstruire le passage d'une particule chargée dans un milieu gazeux. Le détecteur dont la dénomination la plus simple est "chambre à fils" est une enceinte remplie de gaz et dans laquelle sont tendus des fils très fins et portés à une haute tension (1500 à 2500 Volts). Lorsqu'une particule possédant une charge électrique traverse le gaz, elle ionise celui-ci, c'est-à-dire qu'elle arrache des électrons aux atomes. Les électrons chargés négativement sont attirés par les fils portés à une tension positive, on dit qu'ils dérivent. En arrivant à proximité des fils les électrons vont ressentir un champ électrique intense qui va provoquer leur multiplication. Cette avalanche d'électron est captée par le fil sous la forme d'un courant électrique de faible intensité, mais parfaitement détectable par un système électronique adapté. En choisissant correctement le mélange de gaz, le diamètre des fils, la tension électrique et l'électronique, la chambre à fils est capable de donner des informations qui permettront de caractériser la particule incidente et surtout de reconstruire sa trajectoire.

Ce détecteur a littéralement révolutionné les techniques expérimentales en physique des particules. Avant son invention, on utilisait des chambres à bulles dans lesquelles on photographiait de minuscules bulles provoquées par le passage des particules dans un liquide maintenu dans un état métastable. On arrivait, au mieux, à prendre quelques photos par seconde et les traces de ses particules devaient être mesurées manuellement par une armée de techniciennes entrainées (les "scanneuses"). La chambre à fil permet de mesurer des flux de plusieurs milliers de particules par seconde et de reconstruire les traces informatiquement. Une partie des éléments constituant les grands détecteurs installés sur le LHC sont les successeurs directs des chambres de Charpak.

La photographie ci-contre montre la grande chambre à fils de l'expérience BaBar lors de sa construction. On distingue les milliers de fils fins comme des cheveux et recouverts d'une pellicule d'Or.

En dehors de la recherche fondamentale, la chambre à fils a de très nombreuses applications, notamment pour l'imagerie médicale, domaine dans lequel Georges Charpak s'est énormément investi à la fin de sa carrière.

Georges Charpak, en plus d'être un instrumentaliste génial, avait compris que la science devait être au service de la société au travers de l'éducation. De ses voyages aux USA et de son amitié avec le physicien Leon Lederman, il a rapporté en France une méthode d'apprentissage de la démarche scientifique basée sur l'expérimentation. "La main à la pâte" a été et reste un grand succès dans les écoles. Avec ses livres et ses prises de positions publiques, il a contribué à faire reculer le charlatanisme en montrant à quel point il est important de développer un esprit critique. Ne jamais se fier aux apparences, ne pas gober tout cru tout ce qui est présenté avec un vernis pseudo-scientifique, faire preuve de sens critique...

Moins connu est le fait que Georges Charpak a contribué à développer des échanges entre la Colombie et la France, nombre de jeunes ingénieurs colombiens sont venus passer une période en France dans les meilleurs laboratoires, quelques uns sont restés, d'autres sont repartis en Colombie et ont contribué au développement technique du pays. Son attache avec la Colombie était liée à sa fille Nathalie, pédiatre installée à Bogota qui a développé la technique dites du "Peau à Peau" qui permet de maintenir en vie un bébé prématuré en le plaçant tout contre sa mère (ou son père) dans les pays qui ne disposent pas de couveuses. Avec l'imagerie médicale et le peau à peau, nul doute que la famille Charpak a contribué à sauver bien des vies.

Contrairement à ce qui est écrit dans le livre de Dan Brown "Anges et Démon", Georges Chapak ne jouait pas au Frisbee sur les pelouses du CERN, mais il ya quelques années on croisait souvent sa chevelure toute blanche et ses yeux bien bleus à la cafétéria.

Ma fille rigolait en lisant que Georges Charpak avait dit que "la physique des hautes énergies devait beaucoup au scotch". J'atteste de la véracité de cette affirmation. Les rouleaux de gros scotch noir plastifié sont omniprésents dans les expériences. Ils servent aussi bien à rendre les détecteurs étanches à la lumière, qu'à fixer tous les éléments que l'on assemble dans la précipitation au milieu de la nuit quand le temps de faisceau est compté.

Monsieur Charpak vous étiez un grand homme, au propre comme au figuré, merci de saluer Pierre et Marie de ma part lorsque vous les rencontrerez.

Psychohistoire

2010-09-23T22:57:00.003+02:00

Dans le cycle des "Fondations", l'auteur de science fiction Isaac Asimov imagine une nouvelle discipline scientifique nommée "psychohistoire" qui repose sur l'étude statistique du comportement des populations et qui permet de prédire l'évolution historique de celles-ci. La psychohistoire atteint un tel degré de raffinement que Hari Seldon, le héro mis en scène dans le premier opus, arrive à prédire précisément l'avenir des peuples de la galaxie sur des millénaires. Fort de cette connaissance, il met au point une stratégie afin de tenter de modifier l'avenir.

Bien entendu tout cela relève de la science fiction et il est impensable que l'on puisse prévoir l'évolution sur le très long terme des sociétés. Toutefois et à une échelle infiniment moins grande, on peut se demander si les statistiques globales enregistrées par le moteur de recherche Google ne recèlent pas des informations qui, une fois correctement extraites et corrélées, permettraient de prédire certains comportements sociétaux et éventuellement d'agir sur ceux-ci. En tout cas, Google a à sa disposition une statistique mondiale d'utilisation de mots clés correspondant s aux préoccupations des gens.

En 2008 Google a soumis un article pour publication dans la revue Nature qui montre qu'en étudiant le nombre d'occurrences de certains mots clés dans les recherche des internautes il est possible d'avoir une vision claire de la situation des épidémies de grippes. En effet, une recherche de mots clés du genre: "Symptômes de la grippe", "fièvre", "douleurs musculaires", etc. si elle est répétée au même moment par des dizaines de personnes dans la même zone géographique, est très probablement le signe que la grippe a fait son apparition dans la région en question.

Le graphique ci-contre compare l'estimation du suivi de la grippe par Google (en bleu) à celui réalisé par des centres spécialisés (en orange).

La similitude est frappante. Google est donc capable de mettre en évidence en temps réel l'apparition des foyers infectieux dans différentes régions du monde.

Google met à la disposition de ses utilisateurs un outil nommé "Google tendances" qui permet de tracer soit même une courbe qui représente la popularité de certaines recherche de mots clés en fonction du temps. Par exemple, le graphique ci-contre montre la distribution temporelle des recherches sur le mot "marxisme" en France.

Première observation : Le nombre de recherches tend à diminuer au cours du temps, semblant indiquer un désintérêt progressif des internautes pour cette idéologie.
Deuxième observation : le graphique montre une structure périodique. Le nombre maximum de recherches a lieu au mois d'octobre de chaque année. Est-ce dû à la révolution d'octobre ? Ce serait assez paradoxal puisque celle-ci a eu lieu en novembre ! Il apparait également un regain d'intérêt que je n'explique pas en janvier et un autre plus évident en mai. Par contre, en juillet les préoccupations des français semblent être loin de la révolution ! La structure périodique est tellement bonne que Google se permet même de faire des prédictions sur l'avenir. Psychohistoire, tu n'es pas loin...

En s'amusant avec quelques mots clés, on se rend compte que beaucoup de recherches sont cycliques avec des explications plus ou moins évidentes. En tout cas, mesdames une recherche sur le mot "épilation" montre qu'il y a un relâchement certain chaque mois de décembre ! Pour finir, je me demande bien ce que peut signifier l'augmentation énorme des recherches sur le mot "nabot" au cours du mois en cours (septembre 2010) (authentique !)

Le cœur du Cœur

2010-09-12T16:58:00.003+02:00

L'image que je présente a été obtenue depuis mon jardin et avec mon matériel d'amateur. C'est une vue de la zone centrale de la nébuleuse numérotée 1805 dans "l'Index Catalog of Nebulae and Clusters of Stars". IC1805, également appelée "Nébuleuse du Cœur" est située juste à côte de la "Nébuleuse de l’Âme" dans la région de Cassiopée (les astronomes sont de grands poètes !). Le centre de la nébuleuse contient un amas d'étoiles baptisé Melotte 15, du nom de son découvreur: Philibert Jacques Melotte.

Une nébuleuse diffuse est un gigantesque nuage de gaz très peu dense qui rayonne sous l'effet des radiations ultraviolettes intenses émises par des étoiles proches. Le gaz en question est très souvent de l'Hydrogène ionisé, on parle alors de région HII. Le gaz émet principalement une lumière rouge monochromatique, c'est-à-dire constituée d'une longueur d'onde bien précise et caractéristique des processus physiques mis en jeu. Il s'agit de la raie alpha de l'Hydrogène, ou Halpha.

Mis à part quelques rares cas, et bien qu'elles couvrent de larges régions du ciel, les nébuleuses diffuses ne sont pas visibles à l'œil nu, mais une petite lunette (66 mm de diamètre et 400 mm de focale) équipée d'une caméra CCD, suffit à capter et à accumuler ces photons interstellaires. Afin de renforcer le contraste de l'image, on équipe la caméra d'un filtre spécial qui sélectionne la longueur d'onde correspondant à l'Halpha (656,3 nm), en rejetant toute autre lumière.

La photo ci-dessous est le résultat de l'accumulation de 38 images individuelles correspondant à un temps de pose total de 2h49. Durant tout ce temps, il faut faire en sorte que la lunette reste très précisément pointée vers la région du ciel observée, on utilise pour cela une deuxième caméra qui asservit le guidage de la monture grâce à un logiciel informatique.

Située à environ 7500 Années Lumières de la Terre, l'image couvre une zone d'environ 200 Années Lumières. Les zones sombres qui semblent sculpter la nébuleuse sont des amas de poussières qui absorbent la lumière.

Quand Google fait du constructionnisme

2010-09-03T23:50:00.000+02:00

En 1963, après un séjour en Europe, un certain Seymour Papert, mathématicien de son état, intègre le Massachusetts Institute of Technology (MIT) ou il créé un groupe de recherche sur l'épistémologie et l'apprentissage. Dans les années 60 Seymour Papert avait côtoyé Jean Piaget connu, pour ses travaux sur les mécanismes d'élaboration des connaissances qu'il nomme "constructivisme". Fort de cette inspiration, Seymour Papert élabore sa propre théorie de l'apprentissage qui débouchera sur le "constructionnisme". Tel que je le comprends, pour Piaget, la pensée s'élabore petit à petit suite à tout un ensemble d'expériences qui renvoient chacune quelques bribes d'informations sur le monde. Pour Papert, celui qui apprend, le fait d'autant mieux qu'il "construit" lui-même ses expériences et qu'il explique et discute celles-ci en groupe. On retrouve là les bases de la pédagogie Freinet, que j'ai déjà mentionné (ici) dans ce blog.

Pour mettre en œuvre ses principes pédagogiques, Papert invente un langage informatique nommé LOGO. Le LOGO est un langage particulièrement logique et simple qui fut associé à un système graphique basée sur une Tortue se déplaçant sur un écran. Quand la Tortue se déplace, elle laisse une trace. Une succession de déplacements va donc permettre de réaliser une figure géométrique. Afin de construire ses connaissances, l'enfant est invité à résoudre des problèmes mathématiques sous une forme graphique en déplaçant la tortue à l'aide de commandes simples. Par exemple, un cercle est représenté par une succession de petits déplacements intercalés avec de très légers changements de direction. L'idée est séduisante, car l'enfant construit petit à petit sa connaissance, à son rythme et en visualisant ce qu'il fait. Du même coup, il apprend la logique informatique avec un système très simple, la notion de boucles, par exemple apparait naturellement quand l'enfant réalise qu'une figure géométrique complexes n'est souvent qu'une répétition de déplacements élémentaires. L'informatique devient un outil pour réaliser des expériences qui seront autant de briques élémentaires dans l'élaboration de la connaissance.

Visiblement Seymour Papert, bien que victime d'un accident qui l'a laissé gravement handicapé, a laissé son empreinte au MIT qui a continué de travailler sur ces sujets à la jonction entre l'éducation et l'informatique. Actuellement, le MIT héberge un groupe nommé "Lifelong Kindergarten" dont l'une des devises est "Helping children grow up as creative thinkers", leur but est de "développer des technologies qui, dans l'esprit des blocs de constructions de notre enfance et de la peinture au doigt, étendent les limites de ce que les gens peuvent imaginer, créer et apprendre". Dans ce cadre, les chercheurs ont développé un système de programmation graphique, basé sur des "blocs" que l'on peut assembler d'une manière très simple de façon à élaborer un programme informatique complexe, un peu à la manière du LOGO et de sa tortue.

La programmation par blocs du MIT a été reprise par Google afin de créer un outil permettant à tout un chacun de développer des applications pour les téléphone fonctionnant avec le système Google Android, et ceci sans aucune connaissance préalable en informatique. Le résultat est étonnant, il est possible en assemblant quelques blocs représentés par des sortes de pièces de puzzle, de construire une application fonctionnelle relativement complexe.

Avec "App Inventor" Google fait le pari de l'intelligence ; plutôt que d'imposer aux développeurs potentiels de maitriser un langage et un environnement informatique complexe, ces derniers pourront concrétiser leurs idées de la manière la plus simple qui soit. Google revendique le fait que cette initiative est dans la continuité des idées de Seymour Papert, et effectivement App Inventor est un excellent outil d'apprentissage. D'ailleurs qu'est ce qui pourrait motiver plus les enfants que la programmation de leur téléphone ?

Pour la petite histoire, Seymour Papert était parait-il un membre actif du cercle socialiste révolutionnaire lorsqu'il était à Londres. Comme quoi le MIT qu'il intégra 10 ans seulement après le Maccarthisme, n'était pas sectaire. Du coup c'est peut-être Google qui est devenu un peu révolutionnaire !

Un exemple d'assemblage de blocs dans App Inventor formant une application fonctionnelle.

Vers une science citoyenne

2010-08-26T23:59:00.008+02:00

La science moderne est réputée être l'apanage des chercheurs professionnels, c'est-à-dire de personne ayant suivi de longues études concrétisées par un doctorat et ayant obtenus au moins un début de confiance de leurs pairs afin d'exercer une activité scientifique reconnue. En France, pour avoir le label de "scientifique" il faut appartenir à de grands organismes tels que le CNRS, l'Université, le CEA, l'INSERM, etc. Bien que le terme soit tombé en désuétude, on est bien encore dans un modèle ou le "Savant" détient la connaissance scientifique qu'il distille vers le public lorsqu'il le veut bien ou lorsqu'il ne peut pas faire autrement. Toutefois, ce modèle possède quelques exceptions et semble évoluer :

L'astronomie, par exemple est un domaine dans lequel les amateurs ont toujours apporté une contribution importante et reconnue. Par exemple, très récemment des impacts météoritiques ou cométaires sur la planète Jupiter, ont été observés par des astronomes amateurs alors que ces phénomènes très fugitifs n'ont pas été vus par les professionnels. Les impacts étaient jusqu'alors supposés être très rares, il se pourrait qu'il soit beaucoup plus fréquents que ce que l'on imaginait (voir par exemple: http://www.planetary.org/blog/article/00002631/ ). Les astronomes amateurs ont l'avantage d'être nombreux et d'être répartis sur une grande portion de la planète. En permanence, le ciel est scruté par des personnes parfois très adroites et surtout très motivées. Malgré les programmes professionnels d'observation automatique du ciel et les prédictions régulières comme quoi, plus un seul corps céleste ne va bientôt plus échapper aux réseaux d'observations, le nombre d'astéroïdes ou de comètes découverts par les amateurs reste important.

En juillet 2008, trois amateurs ont découvert quasi-simultanément une nouvelle nébuleuse planétaire http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=6857 c'est-à-dire les restes ténus de l'explosion d'une étoile. Celle-ci était complètement passée inaperçue par les professionnels alors qu'elle se trouve dans une région du ciel particulièrement riche. Cette découverte a été rendue possible par la mise à disposition des amateurs, de matériels d'excellente qualité, jusque là réservés aux professionnels (caméra, filtres à bande passante étroite, optique, monture, etc.) pour un prix abordable.

L'image ci dessous montre cette splendide nébuleuse, dite de la "bulle de savon" (crédit: T. A. Rector/University of Alaska Anchorage, H. Schweiker/WIYN and NOAO/AURA/NSF)

Paradoxalement la course aux télescopes géants ou spatiaux semble laisser tout un champ de recherche pour les amateurs qui exercent leur passion sans pression, sans contrainte et sans obligation de résultat. Parfois cela paye !

Dans un autre domaine, le projet SETI@home a été lancé en 1999 et fonctionne toujours. Il s'agit d'utiliser la puissance informatique disponible chez les particuliers pour analyser des signaux enregistrés par le radiotélescope géant d'Arecibo dans le but d'essayer de mettre en évidence un signal intelligent provenant d'un autre système solaire. Par la suite, le projet BOINC a généralisé la méthode afin de permettre l'utilisation de PC individuels pour tout un ensemble d'applications allant des calculs de faisceaux pour le LHC au "docking" moléculaire afin de tenter de mettre au point de nouveaux médicaments, en passant par la modélisation climatique. Très récemment un pulsar radio a été découvert par trois "scientifiques citoyens" comme les nomme le responsable du projet EINSTEIN@home et fait l'objet d'une publication dans Science. Certes les "scientifiques citoyens" n'ont pas élaboré la méthode d'analyse, mais ils ont malgré tout contribué avec enthousiasme à cette découverte et ils vont certainement susciter un engouement pour que de nouvelles personnes mettent à disposition leurs ordinateurs personnels.

Le troisième exemple est lié à la mission spatiale Stardust dont j'ai déjà parlé dans ce blog. Stardust est cette sonde qui a collecté des poussières spatiales grâce à un astucieux système utilisant des blocs d'aérogel de silice et qui a pu les expédier sur Terre. Le repérage et l'analyse des milliers d'impacts de poussière cométaires a pu se faire en laboratoire par les équipes scientifiques, alors que la deuxième partie du projet consistant à retrouver quelques dizaines de poussières provenant du milieu interstellaire a posé un problème majeur en raison du tout petit nombre d'impacts et du fait qu'il était très difficile d'automatiser la recherche. L'idée a été de faire appel au public, de mettre à sa disposition un logiciel lui permettant d'observer les images microscopiques et surtout de lui apprendre à reconnaitre les impacts. Des milliers de personnes se sont portées volontaires, certaine ont joué le jeu avec frénésie, inspectant visuellement des centaines de milliers d'images. A ce jour 2 ou 3 impacts semblent être identifiés comme étant bien des poussières provenant du milieu interstellaire et les scientifiques professionnels réfléchissent au meilleur moyen de procéder à des analyses plus poussées sans risquer de les détruire. Si vous voulez contribuer à observer les images microscopiques de Stardust, vous pouvez le faire facilement en allant sur le site:
http://stardustathome.ssl.berkeley.edu/index.php - On se prend très vite au jeu…

Ces exemples montrent qu'il est possible d'associer les non-professionnels à la recherche scientifique, ce sont là d'excellentes initiatives qui ne peuvent que renforcer l'intérêt du public pour la science et que l'on pourrait sans doute étendre à d'autres domaines. Les américains l'ont compris, il reste un peu de chemin à faire en Europe pour faire sauter quelques verrous psychologiques.

Message de Mercure

2010-08-21T23:38:00.003+02:00

La sonde spatiale Messenger a été lancée en 2004 par la NASA. Sa destination finale est la planète Mercure. La trajectoire de Messenger afin de gagner l'orbite de Mercure est assez complexe puisqu'elle implique 15 orbites autour du Soleil, 1 survol de la Terre, 2 de Venus et 3 de Mercure. Au cours de ce périple de près de 8 milliards de kilomètres, Messenger a la possibilité d'observer l'espace dans des régions qui sont difficilement visibles depuis la Terre car noyées dans la lumière solaire. Messenger recherche ainsi d'hypothétiques petits corps célestes appelés Vulcanoids.

Dernièrement Messenger a réalisé le cliché suivant:

Rien de bien particulier direz-vous ? Sauf peut-être les deux points brillants très proches qui ne sont autres que la Terre et la Lune. Sur cette Terre vivent 6.9 milliards d'Êtres Humains, certains d'entre eux sont capables d'envoyer une sonde spatiale vers Mercure pendant que d'autres meurent par dizaines de milliers, victimes de divers fléaux.

La Terre semble minuscule et pourtant cette photo est prise de sa proche banlieue, Mercure n'est en effet qu'à "deux planètes" de la Terre. A l'échelle de l'Univers, nous ne sommes qu'une infime poussière…

Pour plus de détails, lire l'article: http://www.planetary.org/blog/article/00002626/ Je conseille d'ailleurs de suivre son auteur, Emily Lakdawalla, sur Twitter ou sur Facebook, ses écrits sont toujours passionnants.

Étonnant Aérogel

2010-08-20T00:35:00.004+02:00

Les aérogels sont des matériaux bien curieux ; il s'agit une sorte de gel, duquel on a extrait toute la matière liquide afin qu'il ne reste que le squelette solide emprisonnant un gaz (de l'air la plupart du temps). Les aérogels les plus communs sont fabriqués à base de silice et possèdent des propriétés étonnantes. Ils sont d'une extrême légèreté (3 mg / cm3 pour les plus légers) tout en étant très résistants ; un bloc supporte allègrement 1000 fois son propre poids. Ce sont d'excellents isolants thermiques, capables de bloquer la chaleur d'un chalumeau sur une épaisseur très faible. Étant essentiellement constitués d'air, leur indice de réfraction est très faible (proche de 1) ce qui fait que l'on distingue à peine leurs contours. La structure complexe de la silice diffuse fortement la lumière ce qui leur donne une teinte bleutée à peine perceptible. Un bloc d'aérogel de bas indice de réfraction a un aspect un peu fantomatique comme le montre l'image ci-dessous, provenant de la NASA.

En physique des particules il est important de pouvoir déterminer la nature des particules produites dans les collisions. Il y a pour cela plusieurs techniques. L'une d'entre elle repose sur l'utilisation de l'effet Cherenkov, c'est-à-dire la propriété qu'on les particules électriquement chargées d'émettre un rayonnement lumineux lorsqu'elles traversent un milieu à une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière dans ce milieu (la vitesse de la lumière dans un milieu transparent est inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide qui constitue une limite infranchissable, il n'y a donc pas de contradiction avec la Relativité). Les propriétés de la radiation Cherenkov dépendent de l'indice de réfraction du milieu et de la vitesse de la particule. En mesurant l'effet Cherenkov et en connaissant l'indice de réfraction du milieu, il est possible d'obtenir des indications sur la vitesse de la particule qui permettent de remonter à la masse de celle-ci et donc à sa nature.

L'aérogel, grâce à son indice de réfraction très faible, permet de réaliser des détecteurs à effet Cherenkov bien adaptés pour identifier les particules chargées (électrons, pions, kaons et protons) dans un domaine d'énergie intéressant. En 1996, dans l'expérience BaBar au Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), j'ai eu l'occasion de travailler sur la mise au point d'un prototype de détecteur à effet Cherenkov (qui n'a finalement pas été retenu pour l'expérience). Pour ce détecteur, il nous fallait travailler avec des aérogels de très bas indices de réfraction (n = 1.008) qui avaient été fabriqués par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) à Pasadena (Californie), seul capable à l'époque de produire ce type d'aérogel.

Le JPL est un laboratoire associé à la NASA et spécialiste de missions spatiales très pointues. Ce n'est que bien plus tard que j'ai compris pourquoi le JPL travaillait sur les aérogels de silice. En effet, en 1996 le JPL préparait la mission Stardust qui a été lancée en 1999 et dont le but était de récupérer des échantillons de poussières cométaires et interstellaires. La sonde Stardust devait passer dans la queue de la comète Wild 2 et tenter de capturer quelques poussières afin de les ramener sur Terre pour être analysées. Le problème était que la vitesse relative des particules cométaires par rapport à la sonde était de plus de 6 km/s. Capter des grains de poussières à cette vitesse sans les abimer était un défi à la mesure des propriétés remarquables des aérogels. En effet, le maillage de silice est tellement fin, tout en étant peu dense, qu'il agit comme une sorte de filet qui arrête les poussières de comète sur quelques centimètres. Les grains restent piégés dans l'aérogel qui a le bon goût d'être pratiquement transparent et donc de permettre un repérage visuel des impacts à l'aide d'un microscope.

La comète Wild 2 fut survolée en 2004. En 2006, la cassette contenant l'aérogel et son précieux chargement cosmique fut larguée et récupérée sur Terre. L'analyse des poussières se poursuit encore, j'aurai l'occasion d'y revenir dans un prochain article.

C'est ainsi que ce matériaux aux propriétés étonnantes fut au cœur d'expériences liées à la fois à l'infiniment petit et à l'infiniment grand.

Deux

2010-08-12T16:13:00.000+02:00

Au feu !

2010-08-08T16:01:00.004+02:00

Les Incendies massifs et incontrôlables en Russie et les inondations catastrophiques au Pakistan sont deux évènements majeurs qui appellent à se poser des questions sur les conséquences du réchauffement climatique. Bien entendu, deux éléments isolés ne permettent en aucune manière de tirer des conclusions générales surtout sur des phénomènes climatiques qui sont par nature complexes et qui font intervenir des durées très importantes, mais il est difficile de ne pas faire le rapprochement avec certaines conclusions du dernier rapport du Groupement Intergouvernemental d'Étude sur le Climat (GIEC) et en particulier sur la partie concernant les conséquences du réchauffement climatique.

La carte ci-dessous résume un certain nombre d'effets résultant de la hausse des températures et on peut voir que dans la légende correspondant à la zone recouvrant la Russie, il est indiqué: "Accroissement des effets sur la santé des vagues de chaleur" et "Sérieux incendies dans les tourbières asséchées". Comme indiqué plus haut on ne peut certainement pas prétendre que les incendies en Russie sont directement corrélés au réchauffement climatique, mais ils sont en tous cas une illustration parfaite de ce qui risque de se produire de plus en plus souvent dans les années à venir. Les conclusions du GIEC sont très claires, nous allons aller vers des phénomènes climatiques de plus en plus marqués où des évènements jusque là exceptionnels vont devenir courants.

Certes, la Terre a déjà connu des périodes beaucoup plus chaudes qu'actuellement, mais c'est certainement la première fois que de tels changements se produisent aussi vite et surtout qu'ils impactent une population humaine aussi nombreuse. D'un côté la technologie des pays riches n'a jamais été aussi avancée et on pourrait imaginer que l'humanité est capable de trouver des parades au réchauffement, d'un autre côté c'est en partie ce même développement technologique qui est à la source du problème. De leur côté, les pays les plus pauvres reçoivent de plein fouet les modifications de l'environnement et n'ont aucune possibilité de s'en protéger.

A propos des incendies en Russie, il est étonnant de voir que les médias se polarisent sur la situation autour de Moscou ainsi que dans le voisinage des sites nucléaires, alors que quand on regarde des images satellites montrant l'étendue du nuage de fumée

on se rend compte que Moscou ne semble que partiellement touchée et que la situation des villes et villages situés plus à l'Est doit être bien pire. De même, l'analyse qui est faite, par exemple dans le quotidien Libération du 7 août 2010 me semble passer à côté de l'essentiel: certes la gestion des autorités russes est catastrophiques, en effet l'embargo sur les exportations de blé va faire s'envoler les cours, effectivement les incendies risquent de disperser des poussières radioactives… mais la question centrale me semble être de savoir ce que sont les plans pour lutter contre le réchauffement climatique? Quelles sont les mesures qui sont mises en œuvre pour en limiter les effets ? J'ai bien peur que la réponse à ces questions soit extrêmement brève et démoralisante…

Dans quelques temps, la vague de chaleur sur la Russie prendra fin, les pluies éteindront les foyers couvant dans les tourbières et le problème sera oublié pour un temps, jusqu'au prochain épisode. Il en est de même pour la catastrophe de la marée noire dans le Golf du Mexique, le puits est bouché, tout est oublié ; quasiment plus d'article dans la presse et le gouvernement américain est ravi que 75% du pétrole dispersé ait déjà disparu, absorbé par "mère nature" pour reprendre l'expression de la conseillère à la Maison Blanche, Carol Browner (quotidien Le Monde du 6 août 2010).

Démoralisant, vous dis-je !

Antimatière

2010-07-25T19:20:00.000+02:00

L'antimatière est le sujet de bien des fantasmes, l'imagination populaire en a fait un élément possédant une sorte de puissance absolue capable par un mystérieux mécanisme de tout anéantir. L'antimatière a été mise en scène dans de nombreux livres et films de science fiction dont l'un des plus récents a été Anges et Démons de Dan Brown qui met en scène un vol d'antimatière au CERN à des fins terroristes.

Sur le plan scientifique la notion d'antimatière a été évoquée dès les années 1880, mais elle ne s'est finalement imposée que lorsque Paul Dirac réalisa que les solutions d'énergies négatives qui apparaissaient dans l'équation qu'il venait d'établir pour décrire le comportement des électrons pouvaient être interprétées comme des anti-électrons ou positons qui furent finalement découverts expérimentalement par Carl D. Anderson en 1932 en étudiant le rayonnement cosmique.

Sans invoquer les mathématiques, on pourrait définir une antiparticule comme un objet qui a la capacité de s'annihiler totalement avec sa particule partenaire. Particules et antiparticules sont quasiment similaires (même masse par exemple), avec certaines caractéristiques qui sont inversées (la charge électrique par exemple)

L'antimatière est relativement simple à fabriquer. Les accélérateurs de particules en produisent journellement. Il "suffit" de bombarder une cible avec un faisceau de particules pour récupérer à peu près autant de particules que d'antiparticules. Il est possible d'isoler les particules d'antimatière, de les stocker et même d'en faire de nouveaux faisceaux de particules. Au LEP (CERN) par exemple, des faisceaux d'électrons (matière) et de positons (antimatière) étaient amenés en collision afin de provoquer une annihilation d’où rejaillissait de nouvelles particules de matière et d'antimatière. Au LHC (CERN) ce sont des faisceaux de protons, donc de matière qui rentrent en collisions, mais là encore de très nombreuses particules d'antimatière émergent.

Certains éléments radioactifs produisent des antiparticules, le Fluor 18 par exemple se désintègre en émettant un positon, c'est ce type d'isotope qui est utilisé en imagerie médicale pour les tomographies à émission de positon (TEP ou PET). On injecte du Fluor 18 au patient, celui se fixe sur les organes puis se désintègre en émettant un positon qui s'annihile quasiment instantanément avec un électron provenant des tissus biologiques. Cette annihilation produit deux photons qui sont détectés par un système approprié. On arrive ainsi à obtenir une image détaillée des organes et à mettre en évidence des tumeurs.

On peut conserver l'antimatière lorsqu'elle est électriquement chargée (par exemple des positons) pendant des heures, voire même des jours dès lors qu'on est capable de l'isoler de tout contact avec de la matière. On utilise pour cela des champs magnétiques et un vide très poussé. L'antimatière est en quelque sorte maintenue en sustentation loin des parois du récipient.

À partir d'antiprotons et de positons, le CERN a réussi en 1995 à fabriquer des atomes d'anti-hydrogène. Ceux-ci étant électriquement neutres, il n'est pas possible de les confiner avec des champs magnétiques, ils sont donc très difficile à conserver. Il faut pour cela arriver à les refroidir considérablement afin de les figer.

On ne parle ici que de quantité infime d'antimatière, tout au plus quelques centaines de milliards de particules dans les faisceaux des accélérateurs. On est bien loin du demi-gramme d'antimatière évoqué dans Anges et Démons. Il faudrait faire fonctionner les accélérateurs du CERN pendant des millions d'années pour en produire une telle quantité.

Du point de vue de la recherche fondamentale, l'étude de l'équivalence de la matière et de l'antimatière est très importante, en particulier la masse d'une antiparticule doit être exactement égale à celle de sa particule partenaire. Si tel n'était pas le cas, cela mettrait à mal des théories maintenant bien établies et nécessiterait de revoir la physique en profondeur .

Au niveau cosmologique l'antimatière reste une énigme. On suppose que lors du Big Bang, autant de matière que d'antimatière a été produit, or nous vivons actuellement dans un monde de matière, il n'y a nulle trace d'antimatière dans l'Univers autres que les antiparticules produites lors d'évènements bien postérieurs au Big Bang. L'antimatière primordiale semble donc avoir disparu de l'Univers sans que l'on soit capable d'expliquer le mécanisme mis en jeu. Si l'antimatière avait perdurée, celle-ci se serait annihilée avec la matière, protons et neutrons n'auraient pu être produits et les éléments chimiques n'auraient finalement pas pu être synthétisés. Le mécanisme de création des protons et des neutrons que l'on nomme Baryogénèse nécessite donc, entre autre, un phénomène qui casse la symétrie entre matière et antimatière en donnant la préférence à la matière. Ce phénomène est connu en physique sous le nom de violation de la symétrie CP. Pour expliquer la disparition de l'antimatière, il "suffit" que la nature favorise la matière dans un cas sur 100 milliards !

En 1964 James Cronin, Val Fitch et leur étudiant René Turlay ont mis en évidence une très faible asymétrie entre matière et antimatière pour des particules nommées K0 et anti-K0. Dans les années 2000 les expériences BaBar (États-Unis) et Belle (Japon) ont mesurée une asymétrie du même type pour des particules composées de quarks b (les mésons beaux). Le mécanisme est correctement compris et décrit dans le cadre du modèle standard de la physique des particules mais est malheureusement bien trop faible pour expliquer à lui seul la disparition de l'antimatière dans l'Univers. A ce jour seul, un résultat récent et inattendu de l'expérience D0 au Fermilab semble indiquer une situation dans laquelle l'asymétrie matière-antimatière serait suffisante. La signification statistique du résultat n'est toutefois pas assez grande pour permettre d'annoncer une découverte et il faudra encore attendre pour avoir la confirmation ou non du phénomène.

Voir également l'article de Richard Taillet sur Futura-Sciences.

Courage fuyons...

2010-07-14T00:23:00.003+02:00

L'invraisemblable marée noire qui frappe le golfe du Mexique pointe l'absurdité de la course au pétrole. L'exploitation du pétrole qui devrait normalement avoir pour but d'apporter un bien à l'humanité n'est finalement qu'une gigantesque affaire d'argent pour le bénéfice de quelques uns. Vous penserez peut-être que ce ne sont là que des lieux communs ou des évidences, mais quand on y regarde de plus près, on se rend compte que la réalité dépasse de très loin les pires scénarii qui puissent être imaginés. L'article de l'Associated Press disponible ici révèle qu'il y a actuellement 23 500 puits dans le golfe du Mexique qui sont définitivement scellés et abandonnés. 3500 sont classés comme temporairement abandonnés, mais parmi ceux-ci bon nombre sont restés tels quels depuis des dizaines d'années sans avoir été scellés proprement. Le risque est donc grand que la corrosion aidant, certain de ces puits finissent par fuir. L'article mentionné prétend que certains puits sont temporairement abandonnés pour de simples raisons économiques, histoire d'attendre que le prix du baril soit suffisamment élevé pour que leur exploitation redevienne rentable !

Cette marée noire particulièrement médiatisée puisqu'elle touche le pays le plus riche de la planète, a été l'occasion pour la presse de s'intéresser à des régions du globe nettement moins favorisées. Par exemple, on apprend ici que dans le delta du Niger on aurait compté 6800 "fuites" entre 1976 et 2001 qui ont déversées des millions de litres de pétrole détruisant ainsi une grande partie de l'écosystème. Pire, ces marées noires à répétitions ont ruiné les habitants qui vivaient de l'exploitation des produits naturels, et la région est maintenant plongée dans un véritable chao où les bandes armées s'affrontent et où les enlèvements sont monnaie courante. Le personnel des compagnies pétrolières et leur famille en sont venus à vivre reclus dans des prisons dorées.

Je suis surpris que cet état de fait ne soulève pas l'indignation des mouvements écologistes. La marée noire du golfe du Mexique, bien qu'elle soit l'une des pire que le monde est connue, ne soulève finalement que très peu de protestations. Comme si finalement, la pollution engendrée par le pétrole était devenue un mal nécessaire intégrée dans le fonctionnement même de la société.

Je ne peux m'empêcher de faire le parallèle avec l'énergie nucléaire réputée dangereuse et représentant le mal absolu en terme d'écologie et dont le moindre incident entraine des torrents de protestations. Je me dis que finalement le fait que le nucléaire soit si mal perçu et qu'il présente un risque réel de détournement au profit d'applications militaires, sont paradoxalement les gages d'une très grande sureté. En effet, la pression des mouvements écologistes et celle des gouvernements a entrainé la mise en place de tout un ensemble de systèmes de contrôle qui empêchent de fait, les compagnies exploitantes de mettre la sécurité au second plan. En France l'Autorité de Sureté Nucléaire (ASN) a un pouvoir absolu et peu faire interrompre l'exploitation d'une centrale nucléaire si celle-ci ne présente pas des garanties de sécurité suffisantes. Au niveau de l'exploitation pétrolière, nulle ASN, nul contrôle approfondi, et qui voulez vous qui aille mettre son nez sur une installation située à 1500 m de profondeur sous la surface de la mer ?

Le réchauffement climatique allié à l'amélioration des techniques de forage va bientôt permettre d'accéder à de probables gigantesques réserves de pétroles et de gaz situées en Arctique. Les compagnies pétrolières et les états sont déjà dans les "starting blocks" pour s'emparer de cette manne. Ceci n'a aucun sens ; plus nous brulerons de pétrole et plus nous accélèrerons le réchauffement climatique et plus nous augmenterons le risque d'une catastrophe écologique majeure.

Le pire est qu'il ne semble y avoir aucun plan ! La catastrophe est annoncée, mais nous continuons sur notre lancée, les compagnies pétrolières ne se sont jamais aussi bien portées… Imaginez ; on parle d'un coût de 30 milliards de dollars pour la marée noire dans le golfe et BP frémit à peine ! Imaginez seulement l'effet d'un investissement bien ciblé de 30 milliards de dollars pour l'éducation des enfants du monde … on se dit parfois que l'argent est bien mal utilisé.

Ne vous leurrez pas, ce ne sont pas quelques éoliennes et quelques panneaux solaires installés sur le toit de vos maisons qui vont changer grand-chose. La seule solution est un investissement majeur dans la recherche et un contrôle très strict des états sur l'exploitation des énergies fossiles avec des lobbies écologistes suffisamment puissants pour éviter les dérives. Allez, rêvons… pourquoi ne pas confier à l'ONU le contrôle de l'énergie mondiale ?

Voir ici un article de "Courrier International" communiqué par mon amie Marie-Claire

Les scientifiques sont aussi de grands sportifs

2010-06-30T23:08:00.001+02:00

Mon cousin Philippe m'a fait prendre conscience des relations étroites et surprenantes qui existent entre les mécanismes mentaux mis en œuvre par les sportifs de haut niveau et ceux que mobilisent des scientifiques lors d'une présentation dans une conférence internationale.

Philippe entraine des jeunes au tennis, la base de son enseignement repose sur le détachement total du joueur, rien ne sert de se focaliser sur un mouvement et de se crisper, le bon mouvement apparait quasi-naturellement à partir du moment où le joueur est suffisamment détaché par rapport à son jeu. Détaché ne signifie pas inattentif, bien au contraire. L'état de concentration ultime correspond au moment où le joueur devient partie intégrante du jeu. Il n'y a plus de réaction ni d'anticipation, le sportif joue au présent, il est dans l'instant.

Cette façon d'être se rapproche des principes du tir à l'arc japonais ou Kyudo. D'après Wikipedia: "le pratiquant recherche un mouvement parfait, pour pouvoir transcender à la fois le désir de l'égo et l'objectif très terre à terre, consistant à percer une feuille de papier servant de cible, avec un minimum de tension musculaire et un maximum d'énergie spirituelle". La cible de papier est totalement accessoire, celui qui veut atteindre la cible, la manque. Tout est dans l'harmonie et l'absence de tension. Le tireur, fait corps avec l'arc, il est la flèche.

Cette approche peut sembler bien étrange, pourtant… Philippe obtient semble t'il des résultats extraordinaires qui rejaillissent sur le comportement quotidien des jeunes. J'avoue avoir eu un temps, du mal à accepter ces idées issues de la philosophie Zen, puis j'ai fini par réaliser que j'avais moi-même atteint cet état de conscience très particulier alors que je faisais des présentations scientifiques dans des conférences internationales.

Une présentation dans une grande conférence est un exercice très particulier dans la vie d'un chercheur. L'enjeu pour la collaboration est important, il faut réussir à exposer un résultat scientifique très complexe dans un temps très court et devant un auditoire d'experts. Un exposé d'une vingtaine de minutes représente des dizaines voire une centaine d'heures de préparation, durant lesquelles il faut tout comprendre de façon à extraire l'essentiel et trouver le moyen de le présenter clairement. À l'heure H, alors que l'orateur est devant ses pairs, il arrive qu'il atteigne un état curieux, dans lequel les mots sortent de manière naturelle, il est totalement dans son exposé, il est au présent... La sensation est étrange, plus rien n'existe, que le discours qui devient subitement limpide.

Je suis convaincu que la situation du joueur de tennis, du tireur à l'arc japonais et de l'orateur, relève des mêmes mécanismes.

Une autre situation qui me semble similaire est celle où on doit faire face à un problème particulièrement ardu. Le problème est posé, la solution semble exister, on dispose de toutes ses connaissances et de son expérience. Il faut mettre le tout dans le bon ordre et généralement on n'y arrive pas. C'est très frustrant et personnellement ces situations m'ont longtemps donné la sensation de n'être qu'un sombre crétin. J'ai fini par réaliser qu'en pareil cas, il est totalement inutile de s'obstiner sur le problème. L'entêtement conduit généralement à une mauvaise solution qu'on adopte parfois, sans trop y croire, pour se débarrasser du problème. La solution finit généralement par s'imposer d'elle-même quand on a finalement réussi à faire abstraction de l'objectif. La sensation est là encore étrange, quasiment jouissive. On sait que c'est LA solution.

Un article dans les pages scientifiques du New York Times et disponible ici, explique les vertus de l'esprit vagabond. Il est dit que ces errances de pensées que chacun connait, sont ce qui nous permet d'avancer vers nos buts à long terme. Durant les périodes éveillées, les pensées vagabondes occuperait notre esprit 30% du temps et cela monterait même à 75% du temps lorsque nous exécutons une tâche ennuyeuse comme de conduire sur une autoroute vide par exemple.

Les pensées vagabondes que l'on combat parfois car elles nous donnent l'impression de ne pas être attentif, sont finalement le moyen le plus efficace pour résoudre des problèmes complexes impliquant de mettre en relation de nombreuses données. C'est une source de créativité.

Et dire qu'il m'a fallut attendre pratiquement 50 ans pour comprendre cela et aborder les problèmes d'une manière totalement différente. Dommage que l'école ne nous apprenne pas à mieux utiliser notre esprit, que ce soit pour réussir dans le tennis ou dans les sciences !

Le cerveau quantique

2010-06-25T00:16:00.000+02:00

Une discussion récente avec un collègue m'a incité à me pencher sur un sujet hautement spéculatif mais que j'ai trouvé fascinant tant il bouleverse les conceptions habituelles.

Bien que les neurosciences aient grandement progressées ces dernières années, il faut bien admettre que les mécanismes de la mémoire et de l'intelligence sont largement inconnus. Sans être neurophysiologiste et au risque de faire hurler les spécialistes, il me semble que l'idée communément admise est que les mécanismes de la pensée apparaissent quand le réseau de neurones qui constitue le système nerveux atteint une complexité suffisante. La capacité de penser et de mémoriser viendrait donc de la multiplicité des neurones et de leurs interconnexions. Personnellement j'ai toujours trouvé cette idée assez peu convaincante et j'ai du mal à comprendre le mécanisme qui ferait qu'au-delà d'une certaine complexité, un système acquerrait subitement la capacité de faire émerger une pensée.

Les auteurs de la publication disponible ici, expliquent que bien que certaines régions du cerveau, telle que l'hippocampe, soient plus spécifiquement impliquées dans le processus de résurgence d'un souvenir, il semble que plusieurs zones distantes s'activent simultanément sans que l'on comprenne comment elles peuvent être reliées entre-elles. En effet, la communication entre les neurones passe par des processus chimiques impliquant des neurotransmetteurs, qui sont par définition lents.

L'explication avancée repose sur un principe quantique de base bien connu et qui a été vérifié à de nombreuses reprises: On s'arrange pour produire un couple de particules qui forment un état quantique intriqué (c'est-à-dire que les états de bases sont superposés). Tant que le système reste intriqué, il est impossible de connaitre l'état de chacune des composantes du système, la question n'a même pas de sens. Par contre dès que l'on fait une mesure sur l'une des particules, l'état de la deuxième est instantanément fixé, même si les deux particules sont éloignées par des années-lumière.

On voit tout de suite la liaison avec le fait que la résurgence de la mémoire semble déclencher des réactions simultanées en différents points du cerveau. Un stimulus extérieur qui nous rappelle un souvenir déclenche en fait une "mesure" sur un ensemble de neurones, qui fixe instantanément l'état de neurones distants des premiers.

D'autre part, bien que cette science ne soit encore que balbutiante, on sait qu'il est possible d'effectuer des opérations logiques en manipulant des états quantiques intriqués appelés "qubits", il est même probable que l'avenir de l'informatique passe par là. Les auteurs de la publication avancent que le cytosquelette des neurones et les protéines associées serviraient de support à l'information quantique. La tubuline constituant les microtubules du cytosquelette ayant la faculté de basculer entre deux états en fonction de certains paramètres physiques. Le cerveau fonctionnerait finalement comme un ordinateur quantique.

Personnellement, je trouve que cette idée, comme quoi toutes nos pensées se trouvent dans un état latent dans notre cerveau et qu’un stimulus suffit à les matérialiser, est assez élégante et proche de ce que je ressens.

Si cette approche très spéculative est bonne, cela voudrait dire que l'origine de la pensée serait physique et non pas biologique, les tissus biologiques ne seraient finalement qu'un support, permettant d'organiser l'information quantique. En allant encore plus loin on pourrait se demander si le support biologique est le seul possible et si la pensée ne pourrait pas émerger dans des conditions complètement différentes de celles qui existent pour les processus vivants ?

Vertigineux non ?

Le CERN se mondialise

2010-06-18T23:46:00.001+02:00

Le communiqué de presse diffusé par le CERN aujourd'hui et disponible ici, passera peut-être inaperçu, je pense pourtant qu'il marque un tournant dans l'organisation de la recherche mondiale en physique des particules.

Jusqu'à présent le CERN comptait 20 états membres Européens auxquels s'ajoutaient 6 états ayant le statut d'observateurs (Russie, Inde, États-Unis, Japon, Israël et Turquie) plus l'UNESCO et la Commission Européenne, qui sont également observateurs.

La modification des statuts du CERN permet maintenant à n'importe quel pays de présenter sa candidature pour devenir membre à part entière de l'organisation. Le CERN initialement européen devient donc mondial. L'augmentation du nombre de membres va s'accompagner d'un accroissement du budget du CERN qui permettra à celui-ci de s'engager dans la constructions de nouveaux accélérateurs et de nouvelles expériences. Nul doute que le centre de gravité de la physique des particules mondiale vient de se déplacer vers Genève. Le CERN va donc se retrouver en très bonne position pour accueillir le futur collisionneur linéaire à électrons.

Dans le même temps, le Conseil du CERN a adopté un nouveau code de conduite qui prône des valeurs d'éthique, d'engagement, de professionnalisme, de créativité, de tolérance et d'ouverture.

Le CERN a été précurseur de l'Europe lors de sa création, souhaitons que l'évolution qui s'engage aujourd'hui soit également annonciatrice d'un nouvel ordre mondial, juste et tolérant.

La grande saga des neutrinos (suite)

2010-06-12T23:27:00.002+02:00

... donc, dès 1968 Davis et ses collaborateurs se rendent compte qu'ils observent environ 3 fois moins de neutrinos solaires que ce que prédisent les modèles décrivant le Soleil. La communauté scientifique est sceptique et on la comprend ! L'expérience est tellement complexe qu'il est facile de supposer que le déficit de neutrinos est dû à un biais expérimental. Mais Davis s'accroche et vérifie minutieusement tout le protocole expérimental. Les expériences se succèdent, les techniques s'affinent, les modèles solaires également... le déficit est toujours là et petit à petit la communauté se convainc qu'il y a bien un problème.

Dans les années 80 plusieurs expériences cherchent à mettre en évidence la désintégration du Proton, là encore, il faut placer d'énormes détecteurs au fin fond de mines ou de tunnels, pour les protéger du rayonnement cosmique. Le Japonais Masatoshi Koshiba est le concepteur de l'expérience KamiokaNDE, initialement destinée à la traque de la désintégration du Proton, est également capable de détecter les neutrinos solaires. Lorsqu'il a rédigé la proposition d'expérience, Koshiba avait écrit à tout hasard que si une supernova explosait dans notre galaxie ou sa proche banlieue, le détecteur serait capable de détecter le flux de neutrinos associé. Bingo ! La supernova 1987A explose et plusieurs détecteurs dont Kamiokande détectent une petite bouffée de neutrinos. Fort de ce succès, le Japon se lance dans la construction d'un détecteur 15 fois plus gros: Super Kamiokande ou plus simplement Super-K qui est mis en service en 1996.

Super-K, en plus des neutrinos solaires est également sensible aux neutrinos atmosphériques. Ces derniers proviennent de la désintégration des muons, eux-mêmes issus de l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère. Les neutrinos atmosphériques traversent la Terre, un petit nombre interagissent près du détecteur Super-K et ce dernier voit un muon qui semble provenir de la Terre (il se propage du bas du détecteur vers le haut), cette signature très particulière permet d'identifier les neutrinos atmosphériques sans ambigüité. En 1998 le résultat tombe: Super-K observe un déficit de neutrinos atmosphériques.

Les neutrinos sont donc bien bizarres; les neutrinos électroniques du Soleil disparaissent, il en est de même des neutrinos muoniques de l'atmosphère. Les phénomènes physiques créant ces neutrinos sont complètement différents, le flux de rayons cosmiques est parfaitement connu, la raison du déficit observé est donc lié à la nature même des neutrinos et non pas à la source qui leur donne naissance. Curieusement ce double mystère est la clé qui permet de rassembler les pièces du puzzle.

Nous l'avons vu précédemment, les neutrinos existent sous trois formes appelés "saveurs": électroniques, muoniques et tauiques. Grâce à un phénomène purement quantique, les neutrinos, lors de leur propagation, peuvent se transformer d'une saveur vers une autre. Un neutrino électronique du Soleil va ainsi se transformer en neutrino muonique puis redevenir un neutrino électronique ou se retransformer en neutrino tauique et ainsi de suite. C'est ce qu'on appelle le phénomène d'oscillation des neutrinos.

Le détecteur de Ray Davis n'étant sensible qu'aux neutrinos électroniques, celui-ci ne verra pas les neutrinos qui se sont transformés et observera donc un déficit de neutrinos. De même pour les neutrinos atmosphériques (de type muonique), une partie de ceux-ci se transforment au cours de la traversée de la Terre en neutrinos tauiques et ne sont pas vus par Super-K. L'existence de ce phénomène mis en évidence sans ambigüité par Super-K en 1998 pour les neutrinos atmosphériques, puis par le Sudbury Neutrino Observatory (SNO) en 2001 pour les neutrinos solaires, prouve que les neutrinos ont une masse. En effet, le phénomène d'oscillation est impossible pour des neutrinos de masses nulles.

Ces résultats sont expérimentalement très intéressants, mais ils sont malheureusement basés sur la disparition des neutrinos, c'est-à-dire sur leur non-détection, ce qui est toujours moins convaincant qu'une observation positive. L'expérience OPERA, installée dans le tunnel souterrain du Gran-Sasso dans les Abruzes en Italie, a pour but de détecter les oscillations de neutrinos par apparition. Pour cela, le CERN, à partir d'un faisceau intense de Proton bombardant une cible, fabrique un faisceau de neutrinos muoniques qui est dirigé, à travers la croute terrestre vers le détecteur OPERA situé 730 km plus loin au Gran Sasso. En raison de la rotondité de la Terre, le faisceau s'enfonce à plus de 11 km en dessous de la surface avant de ré-émerger dans le tunnel. Le CERN envoi e cent milliard de neutrinos muoniques par jour vers OPERA, l'expérience espère détecter entre 10 et 20 neutrinos tauiques correspondants a un changement de saveur en cinq ans !

Très récemment la collaboration OPERA a publié l'observation du premier candidat neutrino tauique. L'image ci-dessous est la représentation graphique de l'interaction du neutrino tauique dans un élément de détecteur. La petite trace 4 est identifiée comme le lepton tau qui se désintègre très rapidement en donnant la trace 8. L'angle bien marqué entre les traces 4 et 8 constitue la signature très claire qui est attendue pour une interaction de ce type.

OPERA doit maintenant confirmer cette indication par l'observation de nouvelles interactions du même type, il sera alors possible d'en déduire certains paramètres fondamentaux du phénomène d'oscillation.

La grande saga des neutrinos

2010-06-05T16:23:00.011+02:00

Les neutrinos forment une famille de particules élémentaires aux propriétés tout à fait fascinantes. Leur histoire commence avec la découverte de la radioactivité par Becquerel en 1896 qui fut largement complétée un peu plus tard par Pierre et Marie Curie. La radioactivité existe sous plusieurs formes. La forme dite "bêta" se caractérise par l'émission d'un électron. Si l'électron était émis seul, il devrait posséder une énergie bien précise, or lorsqu'on mesure celle-ci on observe toute une dispersion de valeurs (ce qu'on appelle un spectre) comme si une autre particule était émise dans la réaction. Les physiciens eurent beau chercher, ils ne trouvèrent rien pendant très longtemps. Niels Bohr envisagera même de renoncer au dogme de la conservation de l'énergie.

En 1930 Wolfgang Pauli, physicien un peu excentrique envoie à ses collègues une curieuse lettre commençant par ses mots:
"Chers dames et messieurs radioactifs,
Je vous prie d'écouter avec beaucoup de bienveillance le message de cette lettre..."
Il tente d'expliquer la dispersion de l'énergie de l'électron par l'émission d'une particule électriquement neutre et indétectable qu'il nomme "neutron". Il précise que ce "neutron" doit avoir une très faible masse.

En 1932, le neutron est découvert par James Chadwick, malheureusement, ce "neutron", bien que neutre comme son nom l'indique, est beaucoup trop lourd pour expliquer le spectre d'énergie des électrons dans la désintégration bêta.

L'idée de la particule de Pauli continue de faire son chemin et Francis Perrin montre que sa masse doit être plus petite que celle de l'électron qui ne pèse déjà pas bien lourd, il envisage même qu'elle puisse être nulle. En 1933, Enrico Fermi propose d'appeler la particule de Pauli le "neutrino", c'est-à-dire le "petit neutron".

En 1934, le mystère s'épaissit, Hans Bethe et Rudolf Peierls montrent que cette mystérieuse particule sera bien difficile à détecter puisqu'elle pourrait traverser la terre sans interagir !

Donc, en 1934 on suppose qu'il existe une particule neutre, de très faible masse, peut être même sans masse, qui n'interagit quasiment pas avec la matière et qui est associée à l'électron dans la désintégration bêta de certains noyaux. La question est donc de trouver le moyen de mettre en évidence cette "chose". Si le neutrino interagit très peu avec la matière, il faut en produire beaucoup dans un espace minimum afin d'avoir une chance d'en détecter une infime fraction. Nous sommes dans les années 50 et on envisage assez sérieusement d'utiliser une explosion nucléaire puisque celle-ci serait une source intense de neutrinos et qu'en ces années là, ça explose à tout va. Une autre solution est de placer un détecteur auprès d'une centrale nucléaire. C'est ce que font Frederick Reines et Clyde Cowan en 1956. Le neutrino ou plus exactement l'anti-neutrino est au rendez-vous et est enfin mis en évidence 60 ans après la découverte de la radioactivité !

L'histoire se compliqua encore un peu lorsqu'on réalisa que les neutrinos peuvent exister sous trois formes et que chacune d'entre-elles est associée à une autre particule, l'ensemble formant la famille des leptons (du grec "leptos": léger). Le neutrino électronique est associé à l'électron, le neutrino muonique au muon et le neutrino tauique au tau. Un neutrino électronique qui interagit produira un électron, un neutrino muonique un muon et de même pour le tau. Le neutrino tauique, postulé pendant très longtemps, ne sera mis en évidence qu'en 2000 par l'expérience DONUT du FNAL (États-Unis).

Un autre mystère qui entoure toujours le neutrino concerne sa masse, en effet celle-ci est tellement petite et difficile à mesurer qu'on ne la connait toujours pas aujourd'hui. On sait juste qu'elle est non nulle.

La quasi absence d'interaction des neutrinos avec la matière est d'un certain point de vue un avantage considérable. En effet, beaucoup de phénomènes de l'Univers produisent des neutrinos, et ceux-ci une fois produits, traversent le cosmos sans interagir. Ils sont donc porteur d'une information qui n'est pas perturbée au cours de leur long voyage. Par exemple, les réactions nucléaires dans le Soleil produisent des quantités énormes de neutrinos qui balayent la Terre et qui peuvent nous renseigner sur les mécanismes physiques présents au cœur même de notre étoile.

Chaque cm2 de surface de la Terre est bombardé à chaque seconde par 65 milliards de neutrinos. Malheureusement, chaque neutrino solaire n' a qu'une chance sur 1000 milliards d'être arrêté par la Terre. La détection des neutrinos du Soleil est donc un défi. Dès 1948, c'est-à-dire avant la première mise en évidence du neutrino, le physicien Italien Bruno Pontecorvo, propose déjà une technique de détection des neutrinos solaires utilisant leur interaction avec le Chlore. L'expérience est construite entre 1965 et 1967 par Ray Davis dans la mine de Homestake dans le Dakota du Sud, à 1400 m sous terre afin de se protéger du rayonnement cosmique. Le défi est énorme, il faut filtrer et traiter chimiquement 400 m3 de liquide chloré afin de détecter un seul atome d'Argon par semaine qui signe l'interaction d'un neutrino. L'expérience fonctionnera durant 24 ans (!) et permettra non seulement de détecter les neutrinos solaire, mais également de se rendre compte que leur flux est bien plus faible que ce qu'on attend. Mais cela est une autre histoire qui fera l'objet d'un autre article…

Pour en savoir plus sur les neutrinos, voir par exemple ici ou encore là.

Science et Guerre Froide

2010-05-27T23:48:00.002+02:00

Une récente retrouvaille avec un collègue Chinois, devenus patron d'un grand laboratoire à Pékin m'a fait m'interroger sur le rôle de la science et les relations entre les scientifiques durant la guerre froide. En effet, ce collègue que j'ai bien connu vers 1985 au CERN était alors postdoc au MIT ! Étonnant n'est ce pas ? Ceci veut dire qu'en pleine guerre froide, les américains formaient de jeunes chinois dans les plus prestigieuses universités, ce n'était même pas du détournement de cerveaux ("brain drain") puisque la plupart de ces jeunes sont retournés en Chine où ils exercent de hautes fonctions. A l'inverse, cela veut dire qu'à cette époque la Chine acceptait que ces étudiants les plus prometteurs s'expatrient à l'ouest.

Ce n'est pas le seul exemple, il suffit de regarder les conditions dans lesquelles le CERN a été créé pour comprendre qu'il y avait une politique délibérée, calculée et très ambigüe de la part des États-Unis vis-à-vis de la recherche en physique nucléaire. Comme le rapporte François de Rose, c'est juste après la deuxième guerre mondiale que de grands physiciens tels que Robert Oppenheimer ont réalisé que la recherche fondamentale dans le domaine du nucléaire (la physique des particules n'étaient pas encore une discipline distincte) allait requérir des moyens considérables hors de porté de la plupart des pays. Parallèlement, il était indispensable de faire en sorte que l'Europe se relève rapidement de la guerre et fasse obstacle à l'avancée du communisme et bien sûr d'éviter que les esprits les plus brillants ne passent à l'est. C'est en 1951, lors d'une conférence de l'UNESCO que le Physicien prix Nobel américain Isidore Rabi défendit l'idée de créer le Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire. Cette idée plut beaucoup à Robert Schuman, alors ministre du gouvernement français et considéré comme l'un des pères de l'Europe.

Les américains ont fait très fort en poussant l'idée que le CERN devait travailler de la manière la plus ouverte possible, sans secret et avec pour règle de base de publier tous les résultats obtenus. Cet apparent humanisme peut peut-être s'expliquer plus cyniquement lorsque l'on sait qu'à la même époque, bon nombre de physiciens américains étaient mobilisés pour la mise au point de la bombe H et qu'il était nécessaire de maintenir malgré tout, la recherche fondamentale au plus haut niveau. C'est là, la thèse que soutien John Krige et qui me semble pleine de bon sens.

Le CERN fut officiellement créé en 1954, son premier directeur fut Félix Bloch physicien, prix Nobel, d'origine Suisse et naturalisé américain.

La transparence du CERN vis-à-vis de ses recherches est un fait incontestable et cela reste aujourd'hui un grand principe de base. L'ouverture internationale a également toujours été une réalité. Lorsque je préparais ma thèse en 84-86 il m'arrivait fréquemment de passer les "shifts" dans la salle d'acquisition en compagnie de chinois, de russes et d'américains. Tout ce petit monde bossait ensemble et il n'y a avait aucune trace de défiance. J'ai même croisé une physicienne américaine qui tenait des discours teintés de communisme, c'est dire !

Le CERN n'était pas le seul point singulier en cette période. De l'autre côté de l'Atlantique, le Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) ouvre ses portes en 1962. SLAC est un très haut lieu de la physique des particules et s'est distingué avec plusieurs découvertes qui ont donné lieu à 3 prix Nobel. Le premier directeur de SLAC; Wolfgang K.H. Panofsky dit "Pief", fut un acteur du projet Manhattan. Réalisant l'horreur des bombardements sur Hiroshima et Nagasaki, il œuvra le reste de sa vie pour la paix et le désarmement.

Dès 1972 Panofsky recevait une délégation chinoise à SLAC , ces derniers souhaitant démarrer des activités de recherche fondamentale en physiques des particules. Mais bien plus que la Chine, c'est avec des instituts soviétiques que des relations étroites se sont établies, Panofsky devenant même ami avec le physicien russe spécialiste des accélérateurs Gersh Itskovich Budker. Il y eu une très longue et très étroite collaboration entre SLAC et Akademgorodok, la ville scientifique située à côté de Novosibirsk. L'Institut de Physique Nucléaire, renommé plus tard Institut Budker mit au point en 1961 le premier collisionneur à électron: VEP-1. SLAC étant également spécialiste des accélérateurs d'électrons, on comprend qu'il y avait une vraie motivation scientifique pour ces collaborations.

Pief Panofsky a participé au projet Manhattan, a discuté plusieurs fois avec Eisenhower, est devenu conseiller de Kennedy, a rencontré Andrej Sakharov en 1972 à Moscou, a milité sans relâche pour la paix et le désarmement tout en étant directeur d'un des plus prestigieux centre de recherche des États-Unis. On voit bien que les relations entre la science et la politique sont complexes et que même durant les périodes les plus troubles de la guerre froide, le rideau de fer n'empêchait pas totalement les scientifiques de collaborer.

Je conseille la lecture de l'interview de Panofsky ici. La photo ci dessous montre Panofsky en compagnie de son ami Budker à Novosibirsk en 1975. Elle est extraite du site suivant: http://www.slac.stanford.edu/history/images.shtml

Éducation Nouvelle ?

2010-05-22T11:49:00.012+02:00

Paul Langevin (1872-1946) est un physicien de renom dont la vie est associée à celle des Curie, Einstein, Poincaré, Perrin, etc. Il est célèbre pour la formulation, dans le contexte de la Relativité Restreinte, du paradoxe des jumeaux dont l'un reste sur Terre et l'autre voyage dans l'espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Lors de leurs retrouvailles, celui resté sur Terre est bien plus vieux que son astronaute de frère. Langevin est également connu pour ses travaux en physique statistique ainsi que sur le mouvement brownien.

J'ai découvert récemment que Paul Langevin avait œuvré pour tenter d'améliorer le système éducatif. Fortement marqué par les horreurs de la première guerre mondiale, il est convaincu qu'il est nécessaire d'élever les enfants selon des principes de paix, de tolérance et de respect de la personne humaine. Il n'est d'ailleurs pas le seul a œuvrer dans ce sens, on peut citer Célestin Freinet (père des écoles du même nom), Gustave Monod, et bien d'autres.

Il est Président de la ligue des Droits de l'Homme de 1944 à 1946 et Président du Groupe Français d'éducation nouvelle de 1936 à 1946. Ce groupe est la branche française de la Ligue Internationale pour l'éducation nouvelle qui fut parait-il, très marquée par la personnalité de Maria Montessori (mère des écoles du même nom). En 1946, accompagné d'Henri Wallon, il se voit confier la mission de proposer une réforme ambitieuse de l'enseignement. Au moment de la remise du projet de réforme en 1947 (après la mort de Langevin), le gouvernement a changé de bord, les idées des militants communistes ne sont pas bien vues et la réforme est enterrée. Toutefois il semble que celle-ci a profondément marquée les esprits et que bon nombre d'idées ont été reprises et mises en œuvre dans les réformes successives de l'enseignement.

Les diverses expériences pédagogiques menées après la première guerre mondiales n'ont pas toujours été de grands succès et étaient peut-être trop utopistes (voir l'école de Summerhill en Grande Bretagne par exemple) , mais elles ont eu le mérite d'exister, d'innover et d'être pour la plupart basées sur des idées nobles où le jeune se trouvait au cœur du dispositif éducatif et était considéré comme une personne responsable. La volonté était également de rendre l'enseignement réellement accessible à tous et d'inculquer des valeurs de paix et de tolérance.

Quand je regarde le système éducatif actuel, j'ai l'impression que nous sommes bien loin de ces valeurs. Si les dangers d'une guerre sont bien sûr beaucoup moins présents maintenant qu'en 1920, il n'en reste pas moins que l'intolérance est de plus en plus présente et que malheureusement les valeurs éducatives ne tendent pas à inverser la tendance. Je suis toujours atterré quand mes enfants me rapportent les propos racistes qui s'échangent apparemment de plus en plus souvent entre les élèves sans que cela ne soulève la moindre indignation.

Le système actuel est hypocrite, l'école s'affiche comme donnant les mêmes chances à tous, alors que les différences entres les élèves favorisés et les autres n'ont jamais été aussi marquées. Comment, avec le système actuel, un élève des cités pourrait il avoir les mêmes chances qu'un jeune des beaux quartiers ? Tous les moyens sont bon pour créer des filières réservées à ceux que l'on a catalogué comme bons élèves laissant par conséquent les autres tenter de s'extirper de voies de garage. On connait la recette: beaucoup de support de la part des parents pour "pousser" les élèves, choix de l'Allemand en première langue, option latin… si l'enfant est assez docile et malléable, il sera automatiquement dirigé vers une "bonne" classe, première étape vers un bon lycée et une grande école. Où est la justice pour un enfant issu d'une famille éclatée dont la mère se débat pour assurer la survie de la famille ? Comment peut-il s'en sortir si en plus il évolue dans milieu peu éduqué ou maitrisant mal la langue française ?

Le processus d'écrémage se base sur un gavage de connaissances, il faut apprendre bien plus que comprendre. L'enfant devrait découvrir, s'émerveiller, avancer petit à petit vers de nouvelles compréhensions et mettre en relation ses connaissances afin d'en faire émerger de nouvelles. Au lieu de cela on lui fait ingurgiter du savoir tout fait, il acquière des automatismes (combien de fois avons-nous entendu cela étant enfant ?) et n'est plus en situation de réfléchir. Le processus infernal continue tout au long des études et ne fait que s'emballer pour arriver à son paroxysme en classes préparatoires aux grandes écoles. Cela fonctionne parfois, et de très brillants esprits sortent des écoles prestigieuses, mais à quel prix? Combien d'enfances gâchées? Combien d'élèves illettrés arrivant sur le marché du travail?

Le commentaire suivant est extrait du site:
http://www.education.gouv.fr/cid3014/indicateurs-de-resultats-des-lycees.html
qui publie des "indicateurs"de résultats pour les lycées : "Le taux de succès d'un lycée dépend fortement des caractéristiques de ses élèves, indépendamment de la qualité de l'enseignement qui y est dispensé". Quel constat d'échec ! Le site en question relavant directement du ministère de l'éducation nationale, il faut donc voir là une acceptation pure et simple de la catastrophe, voire une complicité. L'hypocrisie est à son comble, quand on publie des statistiques de "performance" des lycées afin que les parents qui le peuvent puissent faire en sorte que leurs enfants soient inscrits dans les "meilleurs" établissements, contribuant ainsi à encore renforcer la discrimination sociale et éducative.

Monsieur Langevin, Madame Montessori et tout ceux de l'Éducation Nouvelle doivent se retourner dans leur tombe...