100 ans de rayons cosmiques de chamonix à la station ...· 100 ans de rayons cosmiques de chamonix

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  • 100 ans de rayons cosmiques de Chamonix la Station Spatiale Internationale

    Maurice Bourquin Universit de Genve

    Chamonix, 23 juillet 2012

  • Entre Lumires et romantisme Au 18e s, les Alpes de Savoie deviennent un terrain dinvestigations pour

    les sciences de la Terre, la physique de latmosphre, la mtorologie, la chimieEn 1760 le Genevois Horace-Bndict de Saussure, qui avait observ le Mont Blanc depuis le Brvent, offrit un prix la premire personne qui atteindrait le sommet.

    2

    Ce ne fut pas avant le 8 aot 1786 (26 ans aprs) que le Dr. Michel Paccard et Jacques Balmat, deux habitants de la valle, latteignirent. De Saussure lui-mme y arriva lanne suivante, conduisant la premire de nombreuses expditions scientifiques au sommet.

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Les sciences de terrain

    Entre 1863 et 1865 plus de 100 autres sommets furent

    atteints, surtout par des alpinistes britanniques, mais

    les montagnes des environs continurent fasciner les

    scientifiques.

    On saperois que seules des observations continues,

    sur plusieurs mois, et mme sur plusieurs annes,

    peuvent faire progresser des domaines scientifiques

    complexes, inventaire des espces, gographie

    physique, tude de latmosphre

    3 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Des observatoires au Mont Blanc En 1890 Joseph Vallot (mtorologiste, glaciologue, physicien, photographe,

    cartographe, mais pas astronome) a reu lautorisation de construire un

    observatoire 4350 m, prs du sommet du Mont Blanc, la condition quil

    puisse aussi servir de refuge aux alpinistes.

    Ainsi deux chambres spares furent construites (1890). Deux pices ensuite

    agrandies 6.

    4 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Des observatoires au Mont Blanc Un deuxime observatoire fut construit ensuite au sommet mme du Mont Blanc

    4810m, le plus haut du monde, par Jules Janssen (astronome et acadmicien,

    1824-1907) en 1893.

    Sa mission fut lastronomie physique, un passage de lastronomie dcrivant le

    mouvement des astres ltude des objets clestes partir des lois de la physique

    et de la chimie.

    5 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Des observatoires au Mont Blanc Il dura une quinzaine danne. Bnficia dune atmosphre

    rduite (la pression au Mont Blanc est 2 fois moins grande quau bord de la mer) et dune puret augmente. Mais fut englouti par une crevasse en 1909.

    Ce fut une fabuleuse aventure scientifiques et humaine dans laquelle de nombreux savants et guides de la Valle de Chamonix se sont illustrs.

    L'pope des observatoires Janssen au sommet du Mont-Blanc, et Vallot 4350 m, est dlicieusement dcrite par le mme Jean-Marie Malherbe qui a aussi dcrit l'histoire du Laboratoire (Refuge) des Cosmiques.

    6 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • La radioactivit

    Quelques annes plus tard, Marie et Pierre Curie ont dcouvert que les lments polonium et radium subissaient une transmutation gnrant de la radioactivit.

    En prsence de matriaux radioactifs, les lectroscopes chargs se dchargent. On en a conclut que certains lments mettaient des particules charges, qui a leur tour causent la dcharge des lectroscopes.

    7

    Paralllement, en 1896, Henri Becquerel a dcouvert la radioactivit naturelle.

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Terrestre ou extraterrestre? Vers 1900, la technique des

    lectroscopes a t bien amliore

    et on a conclut que la dcharge

    spontane dlectroscopes tait due

    des agents ionisants provenant de

    lextrieur des rcipients.

    Et la question tait de savoir quelle

    tait la nature de cette radiation et

    sa provenance terrestre (matriaux

    radioactifs dans la crote terrestre)

    ou extraterrestre.

    8

    Electroscope de Wulf

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Radioactivit en altitude?

    En 1909, Theodor Wulf, un scientifique et pre Jsuite

    eut lide de tester la variation de la radioactivit avec

    laltitude.

    Comme il dtectait beaucoup de radiations sur le sol, il

    dcida de s'lever afin de capter moins de radiations,

    ou du moins le pensait-il! Il fit des mesures la Tour

    Eiffel, mais conclut quand mme que lmission venait

    de la terre.

    9 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Radioactivit en altitude? Il devint vident que des mesures en ballons devenaient

    ncessaires, puisque les satellites et fuses nexistaient pas

    Encore que Rodolphe Tpffer, auteur genevois (1799-1846),premier auteur de bandes dessines

    10 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • En ballon

    Le premier de ces vols eu lieu en dcembre 1909 avec un ballon de laroclub suisse appel Gothard. Alfred Gockel, professeur lUniversit de Fribourg, monta par trois fois 4500 m et trouva que la radioactivit ne diminuait pas avec laltitude :

    Es muss diese Strahlung daher zum Teil entweder aus der Atmosphre oder von einem Gestirn ausserhalb der Erde kommen

    11 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • 2012, la dcouverte

    La situation fut claircie

    grce une longue srie

    de vols en ballons par le

    physicien autrichien

    Viktor Hess, atteignant

    5200 m en 1911 et 1912,

    dans lesquels la radiation

    augmente avec laltitude

    jusqu' 100 %.

    12 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • La dcouverte

    13

    Hess a publi un rsum en

    1913, dans Physikalische

    Zeitschrift, o il conclut que

    la radiation doit venir den

    haut, dorigine extra

    terrestre, mais pas du soleil,

    car pas deffet jour-nuit.

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Le prix Nobel de physique 1936

    14

    .

    C.D. Anderson V.F. Hess

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Effet du champs magntique terrestre

    Il fallut attendre jusquen 1941 pour que lon admette que la majeur partie des rayons cosmiques (appellation de Robert Millikan) sont constitus par des protons dorigine astrophysique, et non de rayons gamma, grce leffet du champs magntique terrestre.

    15

    Geomagnetic field

    Earth magnetic field bends charged

    particles

    in 1st approx. dipolar

    B 0.26

    1+ si n 2

    cos6 (G) (at 370 Km)

    geomag polar angle wrt magn equator

    Geomagnetic Cutoff

    minimal particle Rigidity (R = P cze

    ) to reach

    a near earth point

    Rc =60 GV

    1 + hR E

    2

    cos4

    (1 + cos cos3 )1/ 2 + 12

    East-West assymetry

    maximal in magnetic equator

    0 5

    10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

    0 30 60 90 120 150 180

    Rig

    idity C

    ut [G

    V]

    a (eastwest angle) [deg]

    Rig Cutoff (alt = 370Km)

    l = 0 deg (eq.)l = 30 deg

    l = 51.6 deg

    IDPASC (Sesimbra), 18 December 2010 F.Barao (27)

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • De nombreuses dcouvertes fondamentales furent effectues avec les rayons cosmiques

    1912: les rayons cosmiques 1932: le positron 1947: les pions

    Dcouvertes:

    1936: Muon ()

    1949: Kaon (K)

    1949: Lambda ()

    1952: Xi ()

    1953: Sigma ()

    e

    Les utiliser aussi comme projectiles pour

    tudier la nature de la matire en dtail,

    comme lavait fait Rutherford en 1900.

    La physique des particules a commenc

    avec les rayons cosmiques.

    16 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Photographie dans une chambre de Wilson du premier positron observ

    23 juillet 2012 MB Chamonix 17

  • 18

    Motivation pour

    chercher une ide

    unifiante : le

    modle des

    quarks.

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Interaction dun rayon cosmique

    avec latmosphre

    23 juillet 2012 MB Chamonix 19

  • Les rayons cosmiques laiguille du Midi

    Lofficier Paul Chanson, polytechnicien, proposa en 1941 Louis Leprince-Ringuet (1901-2000), professeur Polytechnique, la construction dun petit laboratoire proximit du Col du Midi.

    20 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Tlphrique au col du Midi (1940-1950)

    Un monte-charge 2 bennes jusqu 3600 m.

    21 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Plan de situation du laboratoire des Cosmiques

    22 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Le laboratoire des cosmiques

    23

    Chalet construit en 1943, inaugur en 1946

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Le laboratoire des cosmiques

    24 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Plan du laboratoire des Cosmiques

    25 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Linstrumentation scientifique

    26

    Ligne lectrique triphase installe pour chambre de Wilson, 15000 V, 600 A.

    23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Des cosmiques aux accelrateurs

    Ds 1950, la physique des particules commena

    a tre domine par les acclrateurs.

    Ont t cres des organisations, confrences et

    journaux scientifiques distincts et spcifiques

    (acclrateurs OU rayons cosmiques)

    Mais aujourdhui on ne connait toujours pas

    lorigine et la composition prcise des rayons

    cosmiques!!!

    27 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • La physique des astroparticules

    Un champs de recherche interdisciplinaire

    Questions:

    Les restes de supernovae sont-ils les sources de rayons cosmiques galactiques?

    Comment dtecter la matire noire?

    De grands projets sont en cours ou en prparation.

    28 23 juillet 2012 MB Chamonix

  • Recherche directe de la matire noire

    .

    CJPL

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