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La Relativité à l’épreuve de l’expérience

La Relativité à l’épreuve de l’expérience. 1818-50: Fresnel,Fizeau 1880: Michelson-Morley 1960: Chocs de billes * 1940: Muons atmosph. * 1919: Sir A.Eddington 1960: Pound et Rebka * 1980: Ondes gravitationnelles ( PSR1913+ ). Ole Römer, élève de J.Picard

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La Relativité à l’épreuve de l’expérience

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Presentation Transcript

  1. La Relativité à l’épreuve de l’expérience 1818-50: Fresnel,Fizeau 1880: Michelson-Morley 1960: Chocs de billes* 1940: Muons atmosph.* 1919: Sir A.Eddington 1960: Pound et Rebka* 1980: Ondes gravitationnelles (PSR1913+)

  2. Ole Römer, élève de J.Picard Prend le contrepied de G.Cassini, Directeur de l’Observatoire Royal, (et auteur des fameuses Tables) Römer prétend que le retard des éclipses d’Io est dû à la finitude de la vitesse de la lumière

  3. 1830: A.Comte… 1851: Kirchhoff ! 1869: découverte, dans les raies du Soleil, d’un élément inconnu sur Terre: l’hélium. chlorophylle Code-Barre !

  4. Edwin Hubble: II 1924 Effet Doppler: l’/l=1+v/c v= 10000 km/s (!) galaxies lointaines: spectre décalé !

  5. (R’) u Hippolyte Fizeau (1819-1896) 1851: Vérifie la formule de Fresnel (« entrainement partiel de l’éther ») =1ère loi relativiste !! 1-1/n2 1849: 1ère mesure terrestre de c (> O.Roemer et J.Bradley) TL v’=(v-u) /(1-uv/c2)

  6. (R’) u vT = 30 km/s (b=10-4) Transf.Lorentz: x=g(x’+u.t’) t=g(t’+x’u/c2) x’1=x’2 in (R’) Dx’=0 Dt=g. Dt’ x’=g(x-u.t) t’=g(t-xu/c2) (2c.t)2-(2vT.t)2=(2c.t’)2 (tps propre = le plus court)

  7. La Relativité dans les chambres à bulles • Trois expériences particulières: chocs « p dans H2 », « d dans D2O » ou « a dans He » sont des chocs de type « billard » • Ces trois projectiles sont disponibles dans les cyclotrons les plus anciens (Lawrence,1932) • Ces trois types de cibles sont exploitables en chambres à bulles (Glaser, 1956) • Les masses M1 et M2 sont égales: l’angle des particules émergentes est un angle droit parfait (aux faibles vitesses) • Aux vitesses très élevées, l’angle se resserre, en adéquation parfaite avec les équations de la Relativité Restreinte

  8. La Relativité dans les accélérateurs • Depuis le cyclotron de E. Lawrence (1932) jusqu’à l’expérience LHC (2007), les énergies ont été multipliées par un facteur 500000 (de 2 MeV à 1000 GeV). • L’énergie augmente, mais la vitesse des particules « plafonne » à la vitesse-limitec=300 000 km/s • Des pions de vitesse « c » émettent des photons: vphot= c ! La règle d’addition des vitesses est sévèrement modifiée... ce qui explique la vieille formule de Fizeau 1-1/n2. • Les particules accélérées ressentent la Contraction des Longueurs: pour un électron du L.E.P., les 30 km de circonférence de la machine ne sont plus que 150 m. • La dilatation du temps impose de remplacer le cyclotron par un synchro-cyclotron

  9. La Relativité dans la Nature • Le bombardement des rayons cosmiques sur la haute atmosphère produit des muons (m) qui arrosent la Terre. • Un m ne vit que 2.2 microsecondes: pendant cette courte vie, il ne devrait parcourir que 600 m… • Ces m atmosphériques (99,8% de la vitesse de la lumière) franchissent pourtant 15 km jusqu’au sol… • Pour nous, c’est une expérience de Dilatation du Temps : ces muons relativistes vivent 30 fois plus longtemps. • Pour le m, c’est une Contraction des Longueurs: l’épaisseur apparente d’atmosphère à traverser n’est que de 600 m !!

  10. Chocs de billes • Ingrédients: • Cyclotron (Lawrence 1932) = 2 MeV… • Cosmotron (Brookh, 1952, 2 GeV), • Bevatron (Berkeley, 1954, 6 GeV), • AGS (CERN,1959, 30 GeV) • 2) Chambre à bulles (Glaser 1960) • 3) a sur He, p sur H2, d sur D2O a + He a + He Source = 218Po 7 MeV = a NON-relativistes q = 90° (et donca==He!)

  11. G.Gamow, Mr.Tomkins in wonderland

  12. Ions lourds ultra-relativistes (ALICE,2007) wanted

  13. muons haute atmosphère t =2,2 ms x=600 m t’=g . 2,2 ms x’=12 km M.C.Escher A.Einstein Relativité

  14. Rayonnement cosmique: p + N p++p-.. puis pm + n t = 2.2 ms (L=600m?) m = 105 MeV/c2 p= gmv = 20 GeV g = 200 L=gct=15 km! DEA IReS Strasb.2004 p 300 GeV 28 p!

  15. Relativité Générale

  16. 1913: Lettre d’Albert Einstein à l’astronome George Hale

  17. 1915 !! Soleil, Trous Noirs.. +Univers ! g ? géométrie !

  18. L’éclipse de 1919

  19. Les géomètres de l’Univers courbe 1915: Equations de la Relativité Générale 1917: Univers courbe, en expansion (De Sitter) 1919: Univers courbe, statique (Einstein) 1919 1922: Univers courbe, dynamique (Alexander Friedmann)

  20. Conséquences testables • Rougissement de la lumière (visible 1922, g 1960) • Retard horloges: 40 ns (Alley, 1977) • Déflexion de la lumière (Soleil, arcs d’Einstein) • Périhélie de Mercure (résidu) • Ondes gravitationnelles (PSR1913; VIRGO) • Modèles d’Univers (Friedmann) • Modèles de Trous Noirs (Hawking) • Gravity Probe B (2004)

  21. 1907: Principe d’Equivalence g = g ou g’ = g+g

  22. Pb: localement seulement Algèbre tensorielle !

  23. Le Verrier Newcomb Einstein Shapiro

  24. 1958 Le pb

  25. 1959

  26. 13 octobre 1993 • NOBEL pour Russell Hulse et Joseph Taylor • Pulsar PSR1913+16 (T=59 ms) • (1967: Jocelyn Bell & Anthony Hewish) • 1974-83: H&T trouvent 40 pulsars à Arecibo • PSR1913 est double: 2 étoiles à neutr.@ 1.4 Msol • (Orb: 1.1-4.8 Rs) Av.périhélie >> Mercure: 4 deg/an • Torb= 7.8 h • Ralentissement: DTorb=76 ms/an • Accord avec émission ondes gravitationnelles: 1.2% • Rorb décroit: collision prévue dans 300 MA

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