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Présentateur – Mai 2009
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Ceci est une ébauche pour les membres de la collaboration ATLAS ou les personnes qui veulent donner une présentation en public lors de la sortie du film « Anges et Démons » le 13 mai 2009, dont quelques scènes ont été tournées dans la caverne de l’expérience ATLAS.
Ce fichier peut être modifié ou complété selon votre goût.
Images et scènes supplémentaires peuvent être téléchargées de l’adresse suivante : http://atlas.ch/angels/
[email protected] – CPPM –, mai 2009
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La société Sony Pictures nous a généreusement donné son soutien lors de la préparation de ces clichés, et nous a fourni des extraits et scènes du film. Il convient de respecter leur conditions d’utilisation !
En général, vidéos et images doivent être utilisées inchangées. Cela signifie qu’il est interdit de modifier les vidéos ou images d’une manière ou d’une autre. N’enlevez pas la marque déposée ou le copyright ; ils ont été ajoutés en taille réduite pour cette raison.
Naturellement, on peut aborder les aspects scientifiques du film. Or, il ne faut pas oublier qu’il s’agit d’une fiction, et non d ’un livre d’école ou d’un reportage. Il est inutile de critiquer le film à cause de ses libertés artistiques ; ce n’est pas un documentaire.
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Antimatièrela réalité et
la fiction
PrésentateurUniversité / Institut
Mai 2009
TM & © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All Rights Reserved.
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En tant que scientifiques qui
aiment également savourer une
belle pièce de littérature, nous
apprécions qu’Anges&Démons
attire l’attention du grand public
sur des sujets de physique autour
du CERN.ATLAS.ch/angels
et
AngelsAndDemons.com
et
http://angelsanddemons.cern.ch/
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Antimatière dans l’intrigue de
Dans l’intrigue d’Anges et
Démons, les méchants
s’introduisent dans un
institut de recherche
nommé CERN.
Ils volent 0,5 grammes
d’antimatière dans un
récipient qu’ils emportent à
Rome pour en faire une
bombe.
Un billet pèse un gramme. Une plume pèse un demi-gramme.
TM & © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All Rights Reserved.
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au LHC (Large Hadron Collider,Grand Collisioneur à Hadrons)
Le CERN est en réalité un laboratoire de recherche à Genève,
situé en Suisse et
en France (Ain).
Certaines parties du film ont en effet été tournées dans l’expérience ATLAS au CERN.
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Le LHC (Large Hadron Collider) est un accélérateur du CERN.
100 mètressous terre
Des protons circulent dans les deux directions et se heurtent frontalement dans les halls d’expérience.
circonférence 27 km
au LHC (Large Hadron Collider,Grand Collisioneur à Hadrons)
Vue d’ensemble des expériences au LHC
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L’expérience ATLAS
Démarrer l’animation
(sera ajoutée ultérieurement)
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Détecteur ATLAS
Personnages à l’échelle du dessin !
Vue d’artiste selon CAO technique
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Réaction antimatière–matière
Il est également vrai
que matière et antimatière sont annihilées lorsqu’elles entrent en contact.
Leur masse est transformée en énergie selon la formule d’Einstein E = mc2.
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La moitié de toutes le particules générées dans ATLAS sont de l’antimatière.
La moitié des traces de particules représentées ici appartiennent à des particules d’antimatière.
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Si nous pouvions l’accumuler
Si nous pouvions trouver un moyen pour accumuler un demi-gramme d’antimatière,
Si nous pouvions la transférer dans un récipient,
Si nous pouvions la transporter sans perte à un endroit éloigné,
alors, ce serait réellement une bombe dévastatrice comme dans
Un billet pèse un gramme.Une plume pèse un demi-gramme.
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Mais elle est immédiatement détruite.
Toute l’antimatière produite dans ATLAS est tout de suite détruite en une fraction de seconde.
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La question de Tom Hanks
Lorsque Tom Hanks a visité ATLAS au CERN, il a demandé combien d’antimatière il fallait pour rechauffer son café.
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La question de Tom Hanks
Si toute l’antimatière produite dans l’expérience ATLAS finissait par atterrir dans la tasse à café de Tom Hanks, la température augmenterait d’environ 1 Kelvin (Différence 1°C) par heure.
Evidemment, le café serait refroidi en même temps de 10 K jusqu’à la température ambiante !
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En combien de temps on obtient ½ g?
Si ATLAS pouvait ramasser toute l’antimatière produite,
alors il faudrait 10 millions d’années pour obtenir ½ gramme d’antimatière.
Un demi-billet pèse ½ gramme.
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D’énormes quantités d’antimatière ont été générées dans l’univers.
Au fait, lors du
(début de l’expansion de l’univers)
des quantités égales de matière et
antimatière ont été générées
tout comme dans l’expérience ATLAS !
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Coup de bol ?
Matière et antimatière auraient dû s’annihiler dans l’univers depuis longtemps, ne laissant qu’un désert cosmique sans vie.
Et pourtant, nous sommes bel et bien là !
Comment cela a-t-il pu arriver ?
A noter !
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10,000,000,001 10,000,000,000
Nous avions de la chance, car …
… tout de suite après le début de l’expansion de l’univers (Big Bang), les quantités de matière et d’antimatière n’étaient justement pas égales.
matière antimatièreici !
Ensuite est arrivé la grande annihilation !
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nous
Après la grande annihilation
matière antimatière
Toute l’antimatière et toute la matière avaient disparu, à une petite fraction près …et cette fraction, c’est nous !
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Pourquoi cette petite différence ?
Cette question est une des grandes énigmes de l’univers, elle sera étudiée par presque 200 universités et laboratoires dans ATLAS.
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Mais quelle est l’origine de la masse ?
Qu’est-ce qui donne leur masses aux particules
élémentaires comme les quarks
et les électrons ?
Et pourquoi sont-elles si
différentes ?
Matière et antimatière ont une masse.
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Le boson de Higgs
Le chercheur écossais Peter Higgs a présumé que tout
l’espace est imprégné par un champ (ou un éther ?),
le champ de Higgs.
En théorie quantique,
chaque champ est associé à
une particule (et vice-versa),
et ainsi …
dans ce cas …
un boson de Higgs. On a déjà vu le Higgs dans ATLAS …sous forme du professeur Higgs seulement, mais pas le boson du même nom.
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Boson de Higgs
Afin de comprendre comment fonctionne le boson de Higgs,
nous imaginons une pièce remplie de physiciens qui discutent de manière très engagée et remplissent la salle comme un champ de Higgs.
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Boson de Higgs
... Ainsi augmente la résistance qui s’oppose à son libre mouvement. En d’autres termes, il obtient une masse ; de la même manière qu’une particule traversant un champ de Higgs.
-- Prof. David Miller
... Ensuite un scientifique de renom entre dans la salle. Pendant qu’il avance, il provoque une perturbation par le fait que tous ses admirateurs se groupent autour de lui ...
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A quoi pourrait ressembler un événement avec un boson de Higgs dans ATLAS.
Dans cet événement, une gerbe de particules dirigée a été générée vers le bas, ainsi qu’un Higgs sortant vers le haut, qui se désintègre quasi instantanémentselon l’équation
H Z + Z
Z e− + e+
Z − + +
− +
e− e+
Evénement simulé
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Mais il y a plus que la matière et l’antimatière.
Lorsque nous observons notre univers, alors nous voyons
beaucoup plus que la matière (ou antimatière) habituelle.
Nous appelons ce surplus de la « matière noire »,
puisque nous ne la voyons pas. Mais qu’est-ce ?
Composition de l’univers
matière habituelle
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Matière noire
Matière noire et matière brillante, mais …
… ce n’est pas toute la vérité.
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De nombreux indices existentpour son existence.
Dans les galaxies et amas de galaxies
La masse visible dans les galaxies spirales ne suffit pas pour expliquer leur cohérence.
Séparation de matière noire et matière normale dans la collision de deux clusters de galaxies
Photos: NASA
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Qu’est-ce que la matière noire ?
Nous ne le savons pas.
Mais nous avons quelques idées.
Si les constituants de la matière noire sont de nouvelles particules, jusque là inconnues,
alors l’expérience ATLAS devrait permettre de les découvrir et de jeter un peu de lumière sur le mystère de la matière noire.
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Est-ce qu’il y a de la matièredans d’autres dimensions ?
Est-ce qu’il existe des dimensions spatiales que nous ne pouvons voir ?
(Dali, The Disintegration of the Persistence of Memory, 1954)
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Dimensions spatiales supplémentaires
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Est-ce qu’il y a des dimensions supplémentaires ?
Afin de comprendre pourquoi ont été proposéesles dimensions supplémentaires, considérons :
Quelle force est plus faible : Gravitation ou électromagnétisme ?
Donc, la gravitation est très faible.
Pourquoi la gravitation est-ellesi faible ?
Qui est plus fort :Un petit aimant ou toute la sphère massive terrestre ?
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Pourquoi la gravitation est-elle si faible ?
ElectromagnetismeGravitation
L’électromagnétisme se limite aux trois dimensions spatiales habituelles.
Eventuellement la gravitation voit les autres dimensions spatiales. Comme la force totale est répartie sur toutes les dimensions, elle est affaiblie.
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Nous prenons l’exemple d’un acrobate et d’une puce funambules.
L’acrobate peut marcher en avant et en arrière sur la corde raide.
Mais la puce peut aussi se déplacer dans les directions perpendiculaires.
Or, si la puce continue à avancer, elle revient à son point de départ après avoir fait un tour complet de la corde.
Comment peuvent exister des dimensions supplémentaires ?
Un acrobate peut se déplacer le long de la corde seulement
… mais la puce peut aller dans deux directions.
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Donc, l’acrobate voit une dimension et la puce en voit deux, mais l’une d’elles est une boucle, enroulée sur elle-même.
Ainsi l’acrobate ne peut reconnaître qu’une dimension de la corde raide, comme nous ne pouvons voir qu’un monde en trois dimensions,bien qu’il puisse y en avoir plus.
Une telle situation ne peut être représentée en image parce que nous ne pouvons nous imaginer que trois dimensions !
Comment peuvent exister des dimensions supplémentaires ?
Un acrobate peut se déplacer le long de la corde seulement
… mais la puce peut aller dans deux directions.
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L’inconnu
L’expérience ATLAS (auprès du Grand Collisioneur à
Hadrons) mène la physique sur un terrain inconnu.
Le plus excitant et le complètement inconnu :
De nouveaux processus et particules qui changeraient
notre compréhension de l’énergie et la matière, voire
même de l’espace et du temps, de manière
fondamentale.
Nous espérons comprendre les
forces fondamentales qui ont formé
notre univers depuis le début des
temps et qui déterminent également
son sort.(Photo: Fifi Mandirac)
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Qui sont les constructeurs et exploitants d’ATLAS ?
2500 scientifiques,
venant de presque 200 universités, instituts et laboratoires dans 37 pays
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Qui sont les constructeurs et exploitants d’ATLAS?
2500 scientifiques,
venant de presque 200 universités, instituts et laboratoires dans 37 pays
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En tant que scientifiques qui
aiment également savourer une
belle pièce de littérature, nous
apprécions qu’Anges&Démons
attire l’attention du grand public
sur des sujets de physique autour
du CERN.
Nous espérons que le spectateur
qui aborde la science d’une telle
manière, continuera à s’y
intéresser et pourra nous suivre
dans notre passion et nos succès
expérimentaux.
http://ATLAS.ch/
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THE END
ATLAS.ch/angels
+
AngelsAndDemons.com
+
http://angelsanddemons.cern.ch/
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Questions subsidiaires / matériel supplémentaire
Comme on peut s’attendre à ce que le public pose la question des trous noirs au LHC, nous avons préparé trois clichés sur le sujet.
Dans le livre et le film de Dan Brown, on trouve des ambigrammes, qui forment un mystère autour de la symétrie d’écriture et lettres. Cela peut également être un point d’accroche pour l’utilisation des symétries de la physique.
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Evénement avec un trou noir microscopique
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Trous noirs microscopiques ?
Selon certains modèles théoriques, des trous noirs minuscules pourraient être produits dans des collisions auprès du LHC.
Ils se désintègreraient très rapidement et les particules issues de cette désintégration pourraient être détectées. (Plus le trou noir est petit, plus il se désintègre rapidement.)
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Est-ce que des trous noirs microscopiques sont dangereux ?
Le rayonnement cosmique bombarde en permanence l’atmosphère terrestre avec des protons qui sont de loin plus énergétiques que ceux du LHC. Ainsi, les particules cosmiques dans l’atmosphère produisent déjà tout ce que le LHC pourrait produire.
Cette « expérience » a lieu depuis 4½ milliards d’années, toute la durée de vie de notre planète. Et la terre est toujours là !
Le LHC nous permet simplement d’étudier ces processus au laboratoire (quoiqu’avec une énergie nettement moins élevée que celle du rayonnement cosmique). Par conséquent, il n’y a pas de danger. Le LHC est absolument sûr à cet égard.
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Ambigrammes (1)
La terre, l’air, le feu et l’eau sont les quatre éléments constitutifs du monde dans l’alchimie du Moyen-âge. Ils sont, en quelque sorte, les prédécesseurs des quarks et leptons.
Cette (fausse) théorie
des quatre éléments
ont déjà inspiré
de nombreux
auteurs qui leur
ont trouvé des
mystères cachés.
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Ambigrammes (2)
Les symétries sont un des principes fondamentaux de la théorie des champs et donc de la physique des particules moderne.