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Présentateur – Mai 2009 1 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/ Dirk.Hoff[email protected] – CPPM –, mai 2009

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Page 1: Présentateur – Mai 2009 1 Ceci est une ébauche pour les membres de la collaboration ATLAS ou les personnes qui veulent donner une présentation en public

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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Présentateur – 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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Présentateur – Mai 2009

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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.

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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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Présentateur – Mai 2009

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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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19

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/

TM & © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All Rights Reserved.

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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.