La disparition de l'antimatière

C'est cet article de la revue Nature publié le 16 avril 2020 qui a attiré mon attention: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 

Il s'agit de "la violation de la symétrie matière-antimatière dans les neutrinos" que je vais tenter de vous expliquer. 

Qu'est-ce que l'antimatière?

C'est le physicien britannique Paul Dirac (prix Nobel de Physique 1933) qui imagina et prédit dès 1927 l'existence de l'antimatière. Elle est constituée d'antiparticules.

A  chaque particule de matière on peut associer une antiparticule, sa "soeur jumelle". Particule et antiparticule associées ont même masse, même spin (caractéristique quantique), mais des charges opposées.

À un électron, un proton, un quark, un neutrino, on peut associer respectivement un anti-électron, un antiproton, un antiquark, un antineutrino.

À un atome d'hydrogène formé d'un proton autour duquel gravite un électron (en rouge sur la figure), on peut associer un atome d'antihydrogène formé d'un antiproton autour duquel gravite un anti-électron (en vert).

 

 

 

 

Les oscillations du neutrino et de l'antineutrino

Le neutrino peut prendre trois "saveurs": la saveur électronique, la saveur muonique et la saveur tauique suivant qu'il est associé à l'électron, au muon ou au tau. Il est appelé respectivement: neutrino électronique, neutrino muonique et neutrino tauique.

L'oscillation d'un neutrino est le passage du neutrino d'une saveur à une autre.

On définira, de même, les saveurs et les oscillations de l'antineutrino. 

L'expérience T2K 

L'expérience T2K se déroule au Japon où plus de 500 physiciens du Japon, de l'Europe, des États-Unis collaborent depuis plusieurs années.

Un accélérateur de particules, le J-PARC, situé sur la côte Est du Japon produit deux faisceaux de neutrinos et d'antineutrinos muoniques envoyés alternativement dans le détecteur Super-Kamiokande situé sur la côte Ouest à 295 km:

Le Super-Kamiokande est une cuve cylindrique immense de 40m de haut, 40m de diamètre et remplie de plus de 50 000 tonnes d'eau purifiée. Cette cuve est implantée à 1000 m de profondeur et est tapissée de 13 000 détecteurs. Vous pouvez voir sur la photo deux techniciens dans une barque flottant sur une eau ultra-pure au-dessus des détecteurs. Vous avez une idée de la taille de la cuve!

Un nombre significatif de neutrinos électroniques a été observé dans le Super-Kamiokande, beaucoup plus que d'antineutrinos électroniques, beaucoup plus que prévu. Ce qui montre que les neutrinos muoniques ont oscillé bien plus souvent que les antineutrinos muoniques.

Cette expérience a été faite de nombreuses fois, au cours de plusieurs années, et dans des conditions différentes, pour arriver au même constat.

 

L'asymétrie matière-antimatière

C'est cette différence entre le grand nombre d'oscillations du neutrino et le nombre beaucoup plus petit d'oscillations de l'antineutrino qui montre un comportement différent, une asymétrie entre le neutrino et l'antineutrino. Il y a donc une asymétrie entre toute particule de matière et l'antiparticule associée.

Que s'est-il passé au début du Big Bang?

Au tout début du Big Bang, dans les toutes premières fractions de seconde, matière et antimatière se sont annihilées, seul un résidu de matière a donné naissance à toute la matière actuelle, à la nature, à la vie, à l'univers qui nous entoure. Que s'est-il passé?

Dans l'affrontement matière-antimatière, ce sont les particules de matière qui ont beaucoup plus d'oscillations que les particules d'antimatière associées qui ont subsisté.

La probabilité d'existence d'une particule de matière est beaucoup plus forte que celle de l'existence de l'antiparticule associée. C'est une probabilité quantique.

L'Hyper-Kamiokande

La recherche ne s'arrête pas là, dans quelques années le Super-Kamiokande sera remplacé par l'Hyper-Kamiokande déjà en construction. Ce n'est pas de la science-fiction! Il sera beaucoup plus performant, sa cuve contiendra 260 000 tonnes d'eau ultra pure! 

 

 

 

Les étoiles filantes

Qui n'a pas regardé le ciel par une belle nuit au  mois d'août et cherché des étoiles filantes en formulant un voeu ?

Qu'est-ce qu'une étoile filante?

Ce n'est pas une étoile qui file! C'est un sillage lumineux provenant de la combustion de poussières d'astéroïdes ou de comètes circulant dans l'espace et dont les orbites croisent celle de la Terre.

Lorsqu'un grain de poussière entre dans l'atmosphère à très haute altitude (entre 85 et 120 km d'altitude), à une vitesse de 50 à 70km/s (180 000 à 252 000 km/h), sa vaporisation et l'ionisation de l'air sur sa trajectoire laissent derrière lui un plasma lumineux, une traînée lumineuse.

On observe deux sortes d'étoiles filantes: les étoiles filantes sporadiques et celles qui tombent en pluies périodiquement.

Les étoiles filantes sporadiques

Elles sont créées par la combustion de poussières d'astéroïdes et ne se manifestent pas à une période précise de l'année.

Les pluies d'étoiles filantes

Elles sont créées par la combustion de poussières de comètes. Chaque année, à la même époque, l'orbite de la Terre croise des nuages de poussières laissés par des comètes, on obtient alors des pluies, des essaims d'étoiles filantes. Elles semblent provenir d'un même point du ciel appelé radiant.

Ces essaims d'étoiles filantes portent généralement un nom dérivé de la constellation où se situe le radiant. Donnons quelques exemples.

• Les Perséïdes sont les étoiles filantes d'une pluie qui tombe au mois d'août, leur radiant est situé dans la constellation de Persée:

La photo ci-dessus est la superposition de clichés pris à des instants différents.

Chaque année, au mois d'août, l'orbite de la Terre croise le nuage de poussières laissé par la comète Swift-Tuttle. Des grains de poussière de la comète frappent violemment la haute atmosphère terrestre pour donner cette pluie d'étoiles filantes.

Cette pluie est de plus en plus abondante pour atteindre un maximum, un pic, dans la nuit  du 12 au 13 août.

La périodicité de ces pluies est due au mouvement annuel de la Terre autour du Soleil et non à la période (133 ans) de la comète. Cette dernière réapprovisionne tous les 133 ans le stock de poussières.

• Les Lyrides tombent en avril, leur radiant est situé dans la constellation de la Lyre:

Chaque année, au mois d'avril, l'orbite de la Terre croise le nuage de poussières laissé par la comète Thatcher.

• Les Léonides tombent en novembre, leur radiant est situé dans la constellation du Lion:

Une Léonide observée durant le pic de novembre 2 009.










Chaque année, au mois de novembre, l'orbite de la Terre croise le nuage de poussières laissé par la comète Tempel-Tuttle.


Bien d'autres pluies d'étoiles filantes sont données dans des catalogues permettant de les prévoir: les quadrantides, les centaurides, les capricornides, les orionides, les géminides, les ursides, etc, etc.

J'espère que vous avez bien pris le temps, pendant votre confinement, de comprendre le "mécanisme" des étoiles filantes.

Vivement le mois d'août pour voir des étoiles filantes et faire encore un voeu! Le nombre maximum de Perséïdes, le pic, est prévu dans la nuit du 12 au 13 Août 2 020. Rendez-vous est pris!

L'intelligence

L'intelligence, quel beau sujet de Philosophie! Nous distinguerons 3 parties: l'intelligence chez les humains, l'intelligence dans le monde animal et l'intelligence artificielle.

L'intelligence chez les humains

Le penseur de Rodin représente un homme en pleine méditation, faisant appel à toute son intelligence pour résoudre des problèmes complexes. Qu'est-ce que l'intelligence? On peut la définir de bien des façons.

C'est la faculté mentale de saisir les rapports entre les choses, de les comprendre.

C'est la faculté d'adaptation.

C'est l'activité qui permet d'acquérir la science, selon Platon, et plus généralement le savoir, la connaissance.

C'est aussi la capacité d'innover, de sortir du cadre imposé par l'école ou les études supérieures. Newton, Darwin, Einstein pensaient autrement que leurs contemporains parce qu'ils se libéraient des contraintes, des idées préconçues de l'enseignement scolaire ou universitaire.

Sortir du cadre imposé par l'église aussi, mais avec quelles difficultés! Giordano Bruno fut brûlé vif pour avoir affirmé que c'est la Terre qui tourne autour  du Soleil et non le contraire, Galilée aurait subi le même sort s'il n'avait pas abjuré devant le tribunal de l'Inquisition.

L'intelligence c'est l'ouverture d'esprit, le goût, l'envie, la soif incessante de la recherche qui conduit à toutes les découvertes.

Deux chemins de l'intelligence
L'intelligence est la faculté de passer du blanc ou noir (bien ou mal, vrai ou faux,1ou 0) à la couleur (voir la réalité sous divers aspects, percevoir le monde avec toutes ses nuances, sa complexité et sa beauté).

C'est penser en 4 dimensions: les 3 dimensions de l'espace environnant et une 4ème dimension, le temps. C'est prendre du recul dans l'espace et dans le temps.

L'intelligence émotionnelle
C'est la capacité à percevoir les émotions et à les intégrer dans nos pensées, dans notre façon d'agir en bien (notre épanouissement, la maîtrise de soi, la confiance, le succès) ou en mal (la panique, soudain, devant une situation inattendue).

Intelligence et réflexion
L'intelligence est une aptitude à comprendre, la réflexion est une aptitude à agir, c'est un acte volontaire, c'est l'action de réfléchir, d'arrêter sa pensée sur quelque chose pour l'examiner en détail (proposition qui demande réflexion).
On peut être intelligent et ne pas réfléchir: le financier utilise son intelligence pour analyser les cours des actions, mais agit à la Bourse sur un coup de tête, par intuition, de façon irréfléchie.

L'intelligence dans le monde animal 

Les animaux, les bêtes, ne sont pas si bêtes! On retrouve chez l'animal bien des formes de l'intelligence humaine, mais pour des motifs différents.

L'intelligence d'un animal est la faculté d'adaptation à son environnement afin de pouvoir survivre, c'est aussi le camouflage, le mimétisme.

C'est sa capacité à apprendre sous la contrainte (le dressage) ou avec une récompense (friandises, croquettes,....).

C'est son ingéniosité à fabriquer des outils (la construction d'un barrage par des castors, les chimpanzés utilisent des pierres pour casser des noix, les corbeaux fabriquent avec des bâtons et du papier des outils pour atteindre de la nourriture au fond d'une boite ou d'une poubelle).
Ingéniosité pour sortir d'une mauvaise situation (dans l'un de mes articles, une vidéo montre un poulpe enfermé dans un bocal qui réussit à dévisser le couvercle pour en sortir).

C'est sa capacité émotionnelle. Ce sont les chiens qui expriment le mieux leurs émotions. 

L'intelligence artificielle

 L'intelligence artificielle est une intelligence fabriquée par les machines (ordinateurs, calculateurs, robots). Elle est une imitation, une simulation de l'intelligence humaine.

Le  machine learning est un apprentissage par une machine. La machine est nourrie de milliards de données de toutes sortes (courbes, tableaux de nombres, graphiques, photos, etc). Inspirée d'un cerveau humain la machine tisse un réseau de neurones artificiels pour apprendre d'abord, puis reconnaître, détecter, intervenir à la place ou au côté de l'humain.

L'intelligence artificielle au service la médecine: elle peut accompagner le médecin en consultation, révolutionner l'imagerie médicale, détecter rapidement certaines maladies.

Conclusion

Quelle que soit l'intelligence, humaine, animale ou artificielle, elle peut être dangereuse! Nous devons la maîtriser pour qu'elle ne se retourne pas contre nous (la bombe atomique, les manipulations génétiques, les dégradations écologiques,...).

La comète de Halley

Après les planètes, les exoplanètes, les étoiles et les galaxies, l'univers nous montre encore de très belles choses: les comètes.

La sublimation

Le noyau d'une comète est constitué de roches, de poussières et de glaces qui, à l'approche du Soleil, passent de l'état solide à l'état gazeux. En général un corps solide passe à l'état gazeux par les passages intermédiaires: la fusion (passage de l'état solide à l'état liquide) puis la vaporisation (passage de l'état liquide à l'état gazeux). Ce passage direct de l'état solide à l'état gazeux s'appelle la sublimation. Ce nom est bien significatif. Quoi de plus sublime, en effet, qu'une comète resplendissante dans le ciel!
Les gaz obtenus brillent et forment un halo qui est la chevelure de la comète (c'est la partie brillante entourant le noyau), ils forment également une queue lumineuse pouvant atteindre plusieurs millions de km.
Quand la comète s'approche du Soleil, puis s'en éloigne (voir l'image Larousse ci-dessous), on remarque que la queue est toujours orientée à l'opposé du Soleil, comme une ombre lumineuse.

 

La trajectoire d'une comète

La trajectoire d'une comète peut être une parabole ou une hyperbole décrite autour du Soleil. La comète se rapproche du Soleil et s'en éloigne à jamais: elle ne revient plus.

La trajectoire peut être une ellipse, la comète suit alors les lois de Kepler comme les planètes. Elle revient périodiquement. La période est l'intervalle de temps entre deux passages consécutifs de la comète au périhélie, point le plus proche du Soleil.

Observations de comètes

Bien des comètes ont été observées. De nombreuses sondes spatiales en ont explorées. J'ai raconté dans mon article "L'histoire de Rosetta, Philae et Choury" du 17/11/2014 l'incroyable histoire d'une sonde, Rosetta, qui a déposé un robot, Philae, sur une comète, Choury, le 12 novembre 2014. Quelle merveille de la technologie!

Découverte le 28 décembre 2019 à Hawaï, la comète Atlas s'annonce comme la plus brillante depuis 20 ans. Elle fonce vers son périhélie qu'elle atteindra le 31 mai 2020.

La comète de Halley

Je vais m'arrêter aujourd'hui sur la plus connue des comètes. En 611 av. J.C. une comète est observée en Chine et réapparaît périodiquement, sa période étant de 75 à 76 ans environ.

Remarquant les passages d'une comète en 1531, 1607, 1682, l'astronome anglais Edmond Halley prouve qu'il s'agit de la même comète qui décrit une ellipse autour du Soleil, obéissant aux lois de Kepler comme toutes les planètes, il prédit son retour en 1758. En hommage à l'astronome, on donne alors à cette comète le nom de comète de Halley. Elle fait sa réapparition en 1835,1910,1986. Son prochain passage au périhélie est prévu en juillet 2061.

Passage de la comète de Halley en 1986.

Ses perturbations. Lorsque la comète s'approche, en chemin, des planètes du système solaire, elle est freinée plus ou moins sur sa trajectoire, c'est pourquoi sa période n'est pas constante, elle varie entre 75 et 76 ans, selon la positon des planètes à l'approche de la comète. En 1910 la Terre a traversé la queue de la comète!

Sa brillance. Là encore, l'éclat de la comète n'est pas toujours le même. La comète brille plus ou moins suivant la position de la comète par rapport à la Terre. En 1910, par exemple, la comète est passée très proche de la Terre, entre le Soleil et la Terre. Ce fut un spectacle extraordinaire. En 1986, la comète a été moins brillante car son passage s'est fait loin de la Terre, de plus la Terre était entre le Soleil et la comète.

Une belle horloge. En juillet 2061, dans 41 ans, certains reverront sans doute cette resplendissante comète. Elle est comme une horloge qui marque le temps à chaque passage à son périhélie.......