amp theatre tao mars05 - in2p3 events directory (indico)

78
Les Physiciens Friedrich Dürrenmatt 2005 : Année de la Physique Charling TAO [email protected] Une physicienne Théâtre du Golfe La Ciotat Travail de beaucoup d’autres physicien(nes)…

Upload: others

Post on 16-Jun-2022

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Les Physiciens

Friedrich Dürrenmatt

2005 : Année de la Physique

Charling [email protected]

Une physicienneThéâtre du Golfe

La Ciotat

Travail de beaucoup d’autres physicien(nes)…

Page 2: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Directeur: Roy Aleksan

Centre de Physique des Particules de MarseilleCPPM

Unité Mixte de Recherche 6550CNRS/IN2P3-Université de la MéditerranéeFaculté des Sciences de LuminyCase 907, 163 Avenue de Luminy-13288 Marseille cedex 0913288 Marseille cedex 09

http ://marwww.in2p3.fr

Qu’est-ce que la Physique des Particules?

Page 3: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Laboratoire de recherches

Qu’est que la recherche scientifique?

Qu’est-ce qu’un chercheur?

Qu’est-ce qu’un(e) physicien(ne)?

Page 4: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

L’Univers est un grand puzzleL’Univers est un grand puzzle

Page 5: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Comprendre ce qui s’est passéaux tous premiers instants de la création de l’univers

Connaître les constituants fondamentaux (primordiaux) de l’univers Connaître leurs propriétés (type, masse, propriété quantique) Comprendre les forces et les mécanismes qui gouvernent leurs interactions

En particulier,

Les activités au CPPM

… et construire une théorie mathématique globale prédictivedécrivant tous ces constituants primordiaux et unifiant leurs interactions

Comprendre les forces et les mécanismes qui gouvernent leurs interactions Comprendre l’origine de la masse de la matièreComprendre l’origine et le mécanisme à l’origine de l’asymétrie matière-antimatière

Page 6: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Beaucoup de questions

Pas toujours des réponses…

La physique est une démarche scientifique, mais c’est une démarche humaine faite par des êtres humains vivant dans la société.

C’est aussi un art: celui de poser les questions qui vont faire avancer les connaissances. Un art, où il existe de nombreuses incertitudes aussi….connaissances. Un art, où il existe de nombreuses incertitudes aussi….

Parmi lesquelles : Quelles applications à notre recherche? Sont-elles toujours acceptables?

C’est un des thèmes abordés par la pièce: Les Physiciens écrite en 1962. Dürrenmatt a été bouleversé, comme beaucoup, par l’histoire du projet Manhattan qui a mis au point les bombes nucléaires de la Seconde Guerre Mondiale.

Page 7: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Bref historique nucléaire

Page 8: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Marie et Pierre Curie(1867-1934) (1859-1906)

• Le rayonnement émis par l’Uranium et le Thorium est identique et doit être une propriété de l’intérieur de l’atome.

• Découverte du Polonium et du Radium radioactifs

• Lauréats du Prix Nobel de Physique en 1903.

• Marie Curie (Sklodowska) obtint un second prix Nobel en 1911 en Chimie

Page 9: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Quelques Désintégrations radioactives

• Alpha

212Bi → 208Tl + 4He

238U → 234Th + 4He

• Beta

14C → 14N + e- + υ12N → 12C + e+ + υ

• Gamma

4He* → 4He + γ

Page 10: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Désintégration Alpha

Page 11: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Désintégration Beta

(Atome fils)

Page 12: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Forces à l’intérieur d’un Atome

•Taille typique d’un atome 10-10 m.

La force électromagnétique maintient les électrons négatifs autour des protons positifs (eg, modèle de l’atome de Rutherford)

•Taille typique d’un noyau: 10-15 m

L’interaction nucléaire forte maintient les protons et les neutrons ensemble dans le noyau

Page 13: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Irène et Frédéric Joliot-Curie

2713Al + 42α → 30

15P + 10n

• Découverte de la radioactivité artificielle

Synthèse de nouveaux éléments, eg,

(1900-1958)(1897-1956)

Prix Nobel de Chimie 1935

Page 14: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Otto Hahn, Fritz Strassman

• Bombardent l’Uranium avec des neutrons pour fabriquer des éléments transuraniens (travaux commencés avec Lise Meitner)

• Mettent en évidence l’existence de

(1879–1968) (1902–1980)

• Mettent en évidence l’existence de baryum dans les produits de bombardement de l’Uranium

A la fin de la 2nde guerre mondiale, Otto Hahn découvre qu’il a reçu le Prix Nobel de Chimie en 1944 et que la bombe nucléaire découle de ses découvertes fondamentales. Il se prononce de manière forte contre la mauvaise utilisation des connaissances nucléaires…

Page 15: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Lise Meitner et Otto Frisch

A Noël 1938, avec son neveu Otto Frisch, ils se rendent compte que les mesures de Hahn et Strassman signifient que :

Lise Meitner (d’origine Juive) doit quitter ses collaborateurs et trouve refuge près de Niels Bohr à Copenhague.

(1878–1968) (1904-1979)

1) l’Uranium est cassé,

2) une énergie énorme est libérée, équivalente à 1000 fois celle de la combustion d’un atome de carbone (E=mc2)

Neveu de Lise Meitner, Collaborateur de Bohr, à Copenhague, de Peierls en Angleterre. A contribué au projet Manhattan à Los Alamos à partir de 1943

Page 16: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Niels Bohr

Amène les nouvelles de la fission aux USA lors d’une conférence de physique théorique aux USA.

Cette nouvelle est confirmée en peu de

Un des pionniers de la mécanique quantique

1885 - 19621885 - 19621885 - 1962

(1885-1962)

Cette nouvelle est confirmée en peu de temps par de nombreux chercheurs.

1885 - 19621885 - 19621885 - 1962

Page 17: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Fission nucléaire

excité

Page 18: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Fission

Noyaux fragments de fission

(noyau)

Page 19: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Leo Szilard(1898-1964)

• Physicien, biologiste, scientifique « conscient »

• De très nombreuses inventions: Accélérateur linéaire, cyclotron, microscope électronique, et réaction nucléaire en cyclotron, microscope électronique, et réaction nucléaire en chaîne, papier sur le démon de Maxwell où il identifie l’unité ou « bit » d’information.

• A beaucoup insisté sur le fait que les scientifiques doivent accepter une responsabilité morale et sociale sur les conséquences de leur travaux. Dès 1937 il attire l’attention sur le fait que l’énergie nucléaire peut-être dangereuse et doit être contrôlée

Cependant, rôle important dans le lancement du Projet Manhattan par crainte d’une bombe allemande

Page 20: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

"Apart from the purely scientific interest there may be another aspect of this discovery, which so far does not seem to have caught the attention of those to whom I spoke. First of all it is obvious that the energy released in this new reaction must be very much higher than all previously known cases...This in itself might make it possible to produce power by means of nuclear energy, but I do not think that this possibility is very exciting, for the cost of investment would probably be too high to for the cost of investment would probably be too high to make the process worthwhile. I see... possibilities in another direction. These might lead to large-scale production of energy and radioactive elements, unfortunately also perhaps to atomic bombs."

- Leo Szilard sur les travaux de Lise Meitner et Otto Frisch sur la fission, 25, janvier 1939.

Page 21: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Leo Szilardet

Albert Einstein

• Inquiet sur une éventuelle bombe nucléaire nazie, Szilard compose une lettre à Franklin Roosevelt et persuade Einstein d’utiliser sa notoriété pour obtenir un programme secret américain.

• Einstein signe la fameuse lettre datée du 2 août 1939.

• C’est le déclenchement du Projet Manhattan qui commence réellement en 1942.

Page 22: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Lettre du 2 août 1939

Page 23: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Glenn Seaborg

• Découvre le plutonium à U.C. Berkeley, le 23 Février 1941.

• Le 239Pu est aussi fissionnable

(1912-1999)

Prix Nobel Chimie 1951

Pour les éléments transuraniens jusqu’à 102

Page 24: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

De l’Uranium au Plutonium

• 238U 99.3% uranium naturel. NON fissionable.

• 235U 0.7% uranium naturel. Fissionable.

• 239Pu aussi fissionable, et peut être obtenu à partir de 238U dans les réacteurs nucléaires.

Capture neutron

Désintégration beta

Désintégration beta

t1/2= 23.5 min

t1/2= 2.35 jours

Page 25: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Enrico Fermi

A la fois théoricien et expérimentateur

Prix Nobel de Physique en 1938 pour les éléments produits par

bombardement neutron

(1901-1954)

• A bombardé presque tous les noyaux de la table périodique avec des neutrons

• A construit le premier réacteur nucléaire CP-1, et produit la première réaction en chaîne le 2 Déc. 1942 à l’Université de Chicago

bombardement neutron

Ce jour-là, le département d’Etat annonçait que 2 millions de juifs avaient péri en Europe et plus de 5 millions étaient encore menacés

Page 26: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Réaction en chaîne

Copyright © Houghton Mifflin Company. All rights reserved 20-17

Page 27: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Fission nucléaire

énergienNbSbnU +++→+ 10

9941

13351

10

23592 4

• Chaque neutron initie une fission � réaction en chaîne

• L’énergie produite chauffe l’eau dans le cœur du réacteur, produit de la vapeur, qui peut faire fonctionner des turbines et engendrer de l’électricité.

• La réaction peut être contrôllée par des barres de cadmium qui absorbe les neutrons

Page 28: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

L’aube du Nucléaire

• La première explosion nucléaire

le 16, juillet 1945 à 5:29:45

à Trinity.

Implosion bombe Plutonium

18.6 kT équivalent TNT

Page 29: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Faut-il l’utiliser?

Avec la fin de la guerre en Europe le 8 mai 1945, la discussion a commencé sur l’utilisation ou non de la bombe.

Le militaire en charge du Projet Manhattan y était favorable.

Dès le 17 juillet 1945, Szilard a commencé une pétition signée par de nombreux physiciens impliqués dans le projet de ne pas utiliser la nombreux physiciens impliqués dans le projet de ne pas utiliser la bombe, mais cette pétition ne fut jamais envoyée à Truman.

ET …..

Page 30: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Hiroshima: 6 août 1945

Bombe Uranium “Little Boy”15 kT équivalent TNT

70,000 morts immédiats150,000 morts fin 1945

Page 31: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Nagasaki: 9 août 1945

• “Fat Man”, Bombe Plutonium Equivalent à 21 kilotonnes de TNT.

• 40,000 morts immédiats, 70,000 à la fin 1945.

Page 32: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Edward Teller

Pousse pour continuer des travaux de bombes basée sur la fusion.

Père de la Bombe à Hydrogène

Obtient les moyens malgré l’opposition de nombreux physiciens dont Szilard, Einstein, Fermi …

Page 33: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

La Réaction de fusion

• Nécessite une bombe au plutonium pour déclencher le processus de fusion

Page 34: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Fusion nucléaire: chaîne pp

Masse de 4 protons + 2 électrons:

6.694 × 10-24 g

Masse du noyau 4He:

6.644 × 10-24 g

Différence: 0.050 × 10-24 g

Energie relâchée (E = mc2): 4.4 × 10-12 J

6 × 1014 g d’ H →→→→ He par seconde!

Page 35: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Stanislaw Ulam

Reconnaît le principe que le rayonnement peut créer une pression suffisante pour faire de la fusion

C’est la base de la bombe thermonucléaire par étape.

Page 36: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Mike

Première explosion à fusion étagée Sur l’atoll Eniwetok le 31 octobre 1952

Le fuel de « Mike » : du deutérium liquide

10,4 Mégatonnes de TNT > toutes les bombes de la deuxième guerre mondiale, bombes atomiques comprises

Page 37: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Têtes thermonucléaires modernes

• Fuel: LiD

> 20 têtes sur un seul missile ICBM

Page 38: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Désarmement nucléaire

Pression de l’opinion publique dans les années 80

+ Effondrement de l’Union Soviétique

� Des actions de désarmement nucléaires même unilatérales ont eu lieu

Désarmement nucléaire de nouveau remis en question.

On parle ces dernières années aux USA d’utilisation préemptives de bombes nucléaires (plus petites)

Campagne du Maire d’Hiroshima :

peu de relais en France?

Page 39: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Faut-il s’enfermer dans un asile de fous?Et arrêter toute recherche?

L’utilisation est un problème de société;

Faut-il empêcher la recherche, parce que certaines applications sont mal utilisées ou/et que certains physiciens et autres politiques se sont comportés de manière irresponsable ou immorale

Réponses à la fois individuelles et collectives, et parfois complexes…Réponses à la fois individuelles et collectives, et parfois complexes…

Réponse Personnelle:

OUI à la recherche fondamentale

NON à certaines applications de destruction massive

NON aux mensonges technocratiques pour obtenir des moyens de financement de ses recherches

Page 40: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Année mondiale de la physique 2005

Centenaire de 1905: Année prodigieuse

4 articles d’Albert Einstein :

� les bases de la physique moderne.

1) Explication de l’ effet photoélectrique par existence de « quanta » d’énergie (mars)

mécanique quantiquedualité onde-corpuscule � Bases de la mécanique quantique

Physique des particules, …Lasers, panneaux solaires, caméras numériques…

2) « Sur le mouvement brownien » (mai) : preuve d’ existence des atomes et molécules � physique, chimie, biologie, …

3) « Electrodynamique des corps en mouvement » (juin): relativité de l’espace-temps

4) « L’inertie d’un corps dépend-elle de son contenu en énergie? » (sept)

E= mc2 � physique nucléaire, physique des particules

Page 41: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

10 grandes énigmes de la physique aujourd’hui(Journal du CNRS)

• Les mystères de l’eau

• Insaisissable turbulence

• L’obscure nature du verre

• Les ambiguités des solides liquides

Pour les prochains Einstein, Fermi, …

• Les ambiguités des solides liquides

• Les états étranges de la matière (superfluidité, superconductivité)

• Les frontières incertaines du monde quantique

• Antimatière: où es-tu?

• Energie Noire, la grande inconnue

• Le casse-tête de l’unification des forces

• A la poursuite des particules élémentaires

Implications de physiciens des particules

Page 42: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

La partie et le tout

• Science expérimentale :- Observer des objetset des phénomènes(naturels ou artificiels)

- Etablir delois gouvernant les propriétés des objets et des phénomènes observés

- Rechercher des principesà l’origine des lois

• Physique : • Physique : - Formulation mathématique des lois

- Recherche de similitudes entre objets et phénomènes et établissement de concepts et principesuniversels (forces, énergie, lois de conservation)

• Physique des particules élémentaires :- Décrire les propriétés de tous les objets et tous les phénomènes à partir d’un ensemble réduit d’objets et phénomènes fondamentaux (ou élémentaires)

- Trouver lesprincipesjustifiant le caractère fondamental des ces objets

Page 43: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

De quoi est constituée la matière?

Page 44: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

noyau

atome r ≈ 10-10 m = 1 angström

r ≈ 10-15 -10-14 m ≈ 1-10 femto m

eDe quoi est constituée la matière?

pn

quark?

uu

ud d d mp≈ 1 GeV ≈ 2x10-27 Kg ≈ 2000 me

Seuls l’électron et les quarksu et d sont fondamentaux… la matière est constituée de quarks et d’électrons

r ≈ 10-15 m ≈ 1femto m

r < 10-18 m me=0.5 MeV≅10-30 Kg

r < 10-18 m mu=6 MeV≅10-29 Kg

?

Page 45: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Au delà des noyaux, la physique des particulesla physique des particules

Page 46: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

e

u

ννννe

µµµµ

c

ννννµµµµ

ττττ

t

ννννττττ

leptons

quarks

Les interactions

Z0 , W+ + + + ,W−−−−

γ

g

‘G’

électromagnetique

forte

faible

gravitationnelle

Les particules fondamentales

Le monde des constituants fondamentaux

d s bquarks

3 familles de fermionsavec leur antiparticule

… mais pourquoi y-a-t-il 3 famillesse différenciant notamment par la masse de leurs constituants?

‘H0’

Bosonsde Higgs

… mais pourquoi plusieursvecteurs massifs

de l ’interaction faible?

‘G’

Bosons vecteursdes interactions

gravitationnelle

Page 47: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

4 interactions fondamentales

,,

Page 48: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

p u

u dgluon

Les quarks sont liés les uns aux autres parles gluons pour former protons et neutrons

Les gluons sont les vecteurs des interactionsfortes dont la force est à courte portée et est proportionnelle à

F ∝ gr confinement

Et qui se couple à la « charge de couleur » portée par les quarks

e

Pourquoi la matière reste liée?

eLes électrons sont liés au noyau (aux protons) parles photons pour former l’atome

Les photons sont les vecteurs des interactionsélectromagnétiques dont la force est à longueportée et est proportionnelle à

F ∝ ge/rEt qui se couple à la charge électrique porté par l’électron et les quarks

Ces 2 interactions suffiraient-elles à notre existence ?

photonγγγγ

Page 49: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Radioactivité ββββ−−−− et ββββ++++

pn ud de-+ νννν+ u

u dn p

νννν

νννν

Y-a-t-il de l’antimatière dans notre monde de tous les jours?

np ud

e++ νννν+ up n

ννννe-

e+

du

d

Page 50: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Les bosons W et Z sont les vecteurs des interactionsfaibles dont la force est à courte portée etest proportionnelle à F ∝ gf/r

Et qui se couplent à la « charge faible » porté par le neutrino-électron et les quark-quark

e

u d

νW++++

… A-t-elle une utilité dans notre vie ?

d+e + +

u

νZ0

Ex: 1

L’interaction responsable est l’interaction faible

d+e++νννν+γγγγp+p

n+e++ννννpd+γγγγp+n

1)2)

p+e-+ννννnCette réaction joue un rôle important dans les centrales nucléairescar elle alimente la divergence du réacteur avec un temps de réaction suffisamment long pour permettre le contrôle du réacteur.

Ex: 1

Ex: 2

Page 51: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Baryogénese

Nucléosynthèse• Les noyaux sont crées

L’univers est en route• Les atomes sont crées• L’univers devient transparent

Le cosmos est • Les astres naissent vivent et meurent• … et la vie apparaît

Les neutrinos s’échappent

Cosmologie

Brisure des symétries• Les interactions se distinguent• L’antimatière disparaît• Les particules deviennent massives

Baryogénese• Les protons et les neutrons sont crées

uu d

Page 52: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

La Voie Lactée

… … … … mais la majeure partie de ce qui constitue l’univers nous échappe

? Neutrino?Supersymmétrie?Autre?

Page 53: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Comment sait-on tout cela?

Page 54: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

La démarche scientifique

Observations, expérimentations Modèle théorique

Régularités, Lois Prédictions

phénoménologue

Page 55: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Les différents métiers des physiciens

• L ’expérimentateur imagine, et construit les détecteurs pour observer et tester les prédictions

Nouveaux résultats

• Le théoricien conçoit des modèles à partir de principes généraux et de mathématiques

prédictions � Nouveaux résultats

• Le phénoménologue interprète les données à partir de modèles et cherche des régularités, qui peuvent donner lieu à des nouvelles lois:

- Besoin des Résultats + outils mathématiques et informatiques

� prédictions

Page 56: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Le métier de physicien(ne)

Dévoiler l’invisible

Plonger au fond l’inconnu pour trouver du nouveau!

Page 57: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

L’univers

ProtonPhotonNeutrino(muon)

Le LHC au CERN (Geneve)

27 km

Les accélérateurs

Les sources de particules

…mais aussi les centrales nucléaires

Neutrino, neutron

p p

14 TeV

Proton, electron, muon, neutrino… mais aussi neutron, pion, Kaon

Page 58: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Auprès desaccélérateurs

en plaine

ATLAS au LHC

H1 a HERA (Hambourg)

SNLSSNAP

Dans l’espaceLes détecteurs

en plaine

D0 au Tevatron(Chicago)

Antares

Au sommet des montagnes

Au fond de la mer (2400 m)

Page 59: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Ce que nous mesurons

•Trajectoires de particules chargées : traces et distances

« Chambres à fils », chambres à bulles, détecteurs de vertex…

•Instants d’arrivée d’événements et intervalles de temps entre événements: horloges ou distances

•Durées de vie des particules

•Signes des particules : aimants

•Masses des particules: par reconstruction

•Dépôts d’énergie : calorimètres

•Lumière émise : photomultiplicateurs

Programme permanent d’amélioration des précisions de mesure!

Page 60: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

3 types de détecteur générique:Détecteur calorimétrique (mesure de l’énergie)Détecteur de trace (mesure de position)Détecteur de photon

Partie réceptrice d'une maquette dédiée à l'étude des liaisons optiques à haut débit.

NécessitantMécaniquede haute précisionÉlectroniquede pointeInformatiquehaut débit

Détecteur pixelsau silicium d’ATLASLes détecteurs de particules

Empilage du premiermodule du calorimetred’ATLAS.

Vue du cablage interne.

Informatiquehaut débitet forte puissance de traitement de données

Page 61: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

2500m

Station à terre

Local electronic

Optical Moduletriplet

Time calibration

LED Beacon

Câble électro-optique

10 Lignes de détection avec 30 étages : 900 Modules Optiques

Le détecteur ANTARES

300mactive

~60m

~100m

electronic

Hydrophone

Câble électro-optiquesous marin de

~ 40km

Balises acoustiques

Câbles deraccordement

Conteneur électronique

Boite de jonctionlest

Bouée

Page 62: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Etapes pour un détecteur

• Conception et réalisation

- Conception formation du signal (détecteur gazeux, cristaux, silicium, … ) Physique des détecteurs : Instrumentalistes

-Conception et réalisation mécanique

-Alimentation électrique

–Mise en forme, amplification, numérisation des signaux (électronique analogique, digitale, détecteur hybride)

•Accélérateurs, satellites, sondes, excavation …

analogique, digitale, détecteur hybride)

– Tests des détecteurs

•Utilisation en expérience : Analyse de physique

•Interprétation Physique : Phénoménologues, Théoriciens

� Nouvelles idées et on recommence ….

•Traitement des données

–déclenchement, acquisition (informatique temps réel)

–calcul (informatique système)

–calibration (proche analyse) Instrumentalistes

Page 63: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Conception

ComposantsComposantsIndustrielIndustriel

PréPré--Dim.Dim.

AFTAFT

Dessin 3DDessin 3DPlan détailPlan détail

CotationCotation

Page 64: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Fabrication

Fraiseuse conventionnelleFraiseuse conventionnelle

Usinage

Conventionnel

Assisté par ordinateur

Soudage/brasage

Collage

Centre usinage CNCentre usinage CN

Tour CNTour CN

Pliage

Page 65: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Fabrication

FAOGOELAN/CATIA

FABRICATIONCommande Numérique

CONCEPTIONCONCEPTIONCALCULCALCUL

Une chaîne numérique de laconception à la fabrication

Page 66: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Montage

•Montage sur site

Assemblage roue calorimètre ATLASAssemblage roue calorimètre ATLAS

Connexion d’une ligne ANTARESConnexion d’une ligne ANTARES

Détecteur pixel

•Montage CPPM

•Echelles PIXEL

•Modules ATLAS Calo

Page 67: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Electronique des expériences

• Des détecteurs à plusieurs millions de voies.• Des centaines de cartes différentes, de 2 à 12 couches ou plus.• Des signaux à 1GHz sur les pistes.

Page 68: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

PréamplisADCs

Une carte électronique avec composants intégrés

Shapers Systèmes delecture

Page 69: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Informatique embarquéeintégration/modules

DIMM_PC Kontron PC 133MHz FastEthernet ou USB BIOS 16/32DRAM jusqu’à 128MB Flash IDE

SmartModule DIGILOGIC PC+carte mèreMen Mikro Elektronic ESM modules PC ou PowerPC

Page 70: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

L’informatique en physique des particules

- Différents types de besoins

- Bureautique

- Logiciels professionnels eg, CAO

- Informatique temps réel

- Simulation et Analyse des données de tests et de physique- Simulation et Analyse des données de tests et de physique

- Bases de données pour documentation, information, …

- Tâches de service: achat, maintenance, sécurité, ...

- Développement de logiciels et de technologies avancées

L’ IN2P3 a un centre de calcul à Lyon et des informaticiens dans chaque laboratoire

INTERNET développé grâce aux besoins des militaires mais développement civil grâce au CERN et aux physiciens

Page 71: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Modèle de calcul

Page 72: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Comprendre se qui s’est passé aux touts premiers instants de la création de l’univers

Connaître les constituants fondamentaux (primordiaux) de l’univers Connaître leurs propriétés (type, masse, propriété quantique) Comprendre les forces et les mécanismes qui gouvernent leurs interactions

En particulier,

D0, H1, ATLAS, LHCb, ANTARES, SNLS/SNAP

Le terrain et le but du “Jeu” …et le CPPM

Construire une théorie mathématique globale prédictivedécrivant tous ces constituants primordiaux et unifiant leurs interactions

Comprendre l’origine de la masse de la matière

Comprendre l’origine et le mécanisme à l’origine de l’asymétrie matière-antimatière

ATLAS, LHCb

LHCb

Notre cerveau … et notre imagination

Page 73: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Elles sont innombrables

Quelques exemples directs• La radioactivité

Imagerie médicale

Transistor et toutes ses applications

• La mécanique quantique

Les retombées

… elles changent notre vie

• Les processus de fission … et de fusion

• Le transport d’information

La production d’énergie

Internet … et demain le datagrid

… et d’autres indirects parfois insolites

Transistor et toutes ses applications

Page 74: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Bruit de fond pour la détection des neutrinosDonnées inédites pour les biologistes de la mer

% te

mps

ave

c bi

olum

ines

cenc

e

Correlations entre la bioluminescenceet le courant sous-marin

Bioluminescence : la lumière des espèces naturelles

% te

mps

ave

c bi

olum

ines

cenc

e

Cou

rant

cm

/sec

jours

jours

Page 75: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Elles s ’annihilent en produisant une énergie égale à leur énergie sous forme d ’autres particules et de photons.Si elles sont au repos alors l ’énergie produite est égale à la masse totale : E=mc2

Permet de faire des images médicales en

γ

γe+

e-

Quand l’antimatière rencontre la matière?

Permet de faire des images médicales enutilisant la tomographie par émission de positron

au CPPM

Page 76: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Tous ces programmes se font dans le cadre de collaborations internationalescomprenant plusieurs centaines, voire milliers de scientifiques dans le monde

Au CPPM

Avec de nombreux partenaires• Laboratoires nationaux et internationaux (Europe, Japon, USA…)• Organismes Internationaux (CERN, ESA, NASA …) • Nationaux (CNES, CEA, Université…)

Les métiers au CPPM

Physiciens: 27 chercheurs CNRS, 9 enseignant-chercheurs

Mécaniciens: 14 (Ingénieurs, Projeteurs, techniciens d’ateliers)

Informaticiens: 15 (Ingénieurs, techniciens)

Électroniciens: 18 (Ingénieurs, techniciens, doctorant)

Instrumentalistes: 4 Ingénieurs de Recherches

Doctorants: 10 étudiants en thèse

Services administratifs: Services généraux, Entretien des locaux, Secrétariat, documentation, Communication

Page 77: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Bienvenus pour des visites au CPPM

Pages internet marwww.in2p3.fr

• journées portes ouvertes

• stages d’études

• conférences grand public

tout au long de l’année de la physique 2005

Magali Damoiseaux

[email protected]

Responsable Communication CPPM

Page 78: AMP Theatre Tao mars05 - IN2P3 Events Directory (Indico)

Conclusions

Pour faire de la physique des particules, astroparticules, cosmologie:

•Métiers variés indispensables

• Qualités d’adaptation face à des demandes en évolution permanente à la pointe de la technologie

• Travail de collaboration :

• échelle nationale et internationale

• multidisciplinaire

• Besoin de gros moyens: MEGASCIENCE

Pas un métier mais des métiers de physicien(ne)s