Mise à jour le 7 Décembre 2015
LES DERNIÈRES NOUVELLES DE L'UNIVERS
École International Daniel Chalonge
SESSION D’AUTOMNE DE L’ANNÉE 2015
Le 26 Novembre 2015 Salle du Conseil Observatoire de Paris
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement ; toutes les photos ont été envoyées à l’École et sont à votre disposition).
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos et des animations.
Certaines présentations originales sont disponibles sur le site de l’école, je le signalerai à chaque fois.
Colloque organisé régulièrement par Norma Sanchez, Directrice de l'École Internationale d'Astrophysique "Daniel Chalonge", ce colloque est réservé à un public « averti ».
Ci après compte rendus succincts et peut être incomplets de ces présentations.
Norma Sanchez ouvre la séance par un hommage à notre collègue Hector de Vega, récemment décédé.
Remise de la médaille posthume pour H de Vega.
In honor of Héctor J.de Vega the scientist and the human person
· Dernières nouvelles de l’Univers. Le prix Nobel de Physique 2015 et les Neutrinos par
Norma Sanchez
· L’influence des rayons cosmiques sur le changement climatique. par Alba Zanini de l’INFN.
· Signatures et contraintes de la matière noire tiède : formation étoiles, 21cm, premières
galaxies par A. Fialkov.
· Bruno Pontecorvo, pionnier des neutrinos par Diego Cirilo.
· La Science face aux conflits d'intérêts, la
technocratie: Où va la Science? Par H Jaime.
· Les crises de la CDM, des Wimps, le LHC, les neutrinos stériles par N Sanchez.
Toutes les présentations sont en ligne sur le site de l’école Chalonge.
NORMA SANCHEZ DIRECTRICE DE L’ÉCOLE DANIEL CHALONGE. DERNIÈRES NOUVELLES.
Après ouverture de la séance avec sa célèbre clochette, Norma Sanchez souhaite la bienvenue aux participants et elle nous parle des dernières nouvelles de l’Univers
Elle commence par célébrer le Prix Nobel 2015 attribué à deux pionniers de la mise en évidence des caractéristiques des neutrinos, ce sont :
· Takaaki Kajita de Super Kamiokande au Japon et
· Arthur B. Mac
Donald de Sudbury Neutrino Obs. Canada.
Ils reçoivent le Prix Nobel pour la découverte de l’oscillation des neutrinos, phénomène qui prouve qu’ils ont une masse. Tout cela après de nombreuses décennies de travail.
La masse est extrêmement faible, mais suffisante pour que lorsque les neutrinos traversent la matière, ils interagissent très légèrement en changeant de « saveur ».
Ils ont résolu le problème des neutrinos solaires, dont en fait on ne détectait qu’un tiers, sans savoir pourquoi.
Mais qu’arrive-t-il donc aux neutrinos solaires ?
En fait il faut d’abord se rappeler qu’il existe (au moins ?) trois sortes de neutrinos (trois saveurs) :
· Le neutrino électronique,
· Celui associé au muon et
· Celui associé au Tau.
Jusqu’à présent, seuls les neutrinos électroniques étaient mesurés.
Le problème du déficit en neutrinos, vient du fait que le Soleil émet des neutrinos électroniques, qui en cours de route se transforment en les deux autres sortes. C’est l’oscillation des neutrinos.
Ce sont les expériences de Mc Donald au SNO (Sudbury Neutrino Observatory) situées à 2 kilomètres sous terre, dans une mine de nickel au Canada qui vont résoudre l'énigme des neutrinos manquants en 2002.
C’est, contrairement aux autres, un détecteur à eau lourde (1000 tonnes 300M$), et c’est cette caractéristique qui permet de mettre en évidence les trois types de neutrinos (n’importe quel type de neutrino peut interagir avec D) et là, …..le compte est bon !
Kajita, lui, c’est plutôt tourné vers les neutrinos atmosphériques, détectés dans le Super Kamiokande.
D’où le prix Nobel.
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Le détecteur de Sudbury au Canada |
Le détecteur de Super Kamiokande au Japon |
Tout ceci vous a été conté notamment par Th Lasserre lors de cette réunion de cosmologie de la SAF.
À l’occasion de ce prix Nobel, Norma Sanchez regrette qu’un des pionniers, aussi, des neutrinos, Bruno Pontecorvo, n’ait jamais été honoré pour ses travaux, notamment pour avoir émis l’idée de l’oscillation des neutrinos en 1957.
Voir la présentation de D Cirilo plus loin.
IMPACT OF COSMIC RAYS ON CLIMATE CHANGE PAR ALBA ZANINI DE L’INFN.
Alba Zanini nous décrit la possible influence des rayons cosmiques sur le climat.
Ceci concorde avec la tenue en cette période de la COP 21 sur le climat.
L’origine étant le protocole de Kyoto qui n’a pas été respecté entièrement.
Le panel intergouvernemental IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) a été créé en 1988 pour se pencher sur l’évolution du changement climatique.
Son rapport de 2014 présente les derniers résultats concernant l’élévation de température et du niveau des eaux.
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Évolution de la température moyenne depuis le début de l’ère industrielle |
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Évolution du niveau moyen des océans depuis 1900 |
Depuis des années on se pose des questions sur l’influence des rayons cosmiques sur les variations climatiques.
Rappel : Que sont les rayons cosmiques ?
Ce sont des particules de haute énergie qui sillonnent la galaxie et peuvent même provenir d’autres galaxies.
Ce sont principalement des ions positifs comme des protons ou des noyaux d’atomes comme He, C, O, Fe etc..
En rencontrant la Terre, ils interfèrent avec la haute atmosphère et produisent des particules secondaires qui arrivent au sol : neutrons, gamma, électrons, muons, etc…
On ne peut les détecter qu’indirectement.
L’activité solaire (les taches, les CME…) est à l’origine du vent solaire qui, favorise plus ou moins la quantité des rayons cosmiques.
Le vent solaire est en fait une protection contre les cosmiques galactiques, donc une forte activité solaire donne moins de rayons cosmiques au niveau de la Terre.
Lorsque ces particules arrivent dans l’atmosphère, des radiations secondaires sont produites
Le Soleil en tant que grandeur influençant notre climat.
Il semble bien que le Soleil ait une influence sur notre climat, mais les variations actuelles de l’irradiance solaire sont trop faibles pour jouer significativement sur le climat.
Alors, on a pensé que d’autres mécanismes devaient être impliqués.
Comme par exemple :
· Les éclairs et les orages
· La couche d’ozone et sa disparation en certains endroits
· Les nuages bas (3 à 4000m)
Mais il n’apparait pas que ces phénomènes soient prépondérants, bien que les cosmiques puissent être la cause de la disparition de la couche d’ozone et de la formation des nuages bas.
Il semble donc bien que les rayons cosmiques jouent un rôle et ceci à différentes échelles de temps, aussi bien astronomiques qu’humaines. Évidemment à un niveau moindre que les gaz à effet de serre.
Des expériences pour étudier ce phénomène.
On a mis au point différentes expériences pour mesurer l’influence des RC sur le climat terrestre, notamment sur les aérosols.
·
ATPROMO (ATmosphere Parameters and Radiation On Mountain Observatories)
·
CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets ) au CERN
En conclusion, on ne peut pas encore se prononcer définitivement sur la relative influence des rayons cosmiques.
Le graphique suivant résume tous les facteurs jouant sur le climat.
Le facteur de forcing radiatif (RF), depuis 2005, est en axe horizontal et les différentes influences en vertical.
Les influences sont partagées en anthropogéniques (liées à l’Homme, comme le CO2, CH4, Ozone…) et naturelles.
RF est mesuré en W/m2
POUR ALLER PLUS LOIN :
Le rayonnement cosmique par CurioCité de nos amis canadiens.
Influence des rayons cosmiques galactiques sur le climat.
Rayons Cosmiques : un siècle d’énigmes : CR conf E Parizot RCE2012 du 2 nov 2012
Quand les particules tombent du ciel, les rayons cosmiques par C Roucelle IN2P3 IN2P3 le 14 Octobre 2005 LPNHE
Les articles suivants sont très divers et certains très controversés. À vous de vous faire une opinion.
Open source systems, science solution sur le climat
New Paper Corroborates the Solar-Cosmic Ray Theory of Climate
Solar Variability and Terrestrial Climate par la NASA.
A new solar theory of climate par des climatosceptiques
Quand les rayons cosmiques s’attaquent au réchauffement climatique.
Le peu d'influence des rayons cosmiques par la Recherche.
Les rayons cosmiques sont les véritables responsables du réchauffement climatique
Le changement climatique indirectement lié aux rayonnements cosmiques ? par ARTE
Les bras en spirale de la Voie Lactée, les périodes glaciaires et la connexion des rayons cosmiques
Les rayons cosmiques font-ils naître les nuages? Article du Temps (Suisse)
Le réchauffement actuel est-il dû au rayonnement cosmique ?
SIGNATURES ET CONTRAINTES DE LA MATIÈRE NOIRE TIÈDE : PAR ANASTASIA FIALKOV.
Quelques remarques liminaires sur la matière noire, froide et tiède avant de commencer le compte rendu (NDLR).
On découvre (Fritz Zwicky) que la matière noire est nécessaire pour expliquer la rotation des galaxies, on les détecte indirectement grâce aux les lentilles gravitationnelles imaginées par Einstein.
La matière noire n’interagit pas avec la matière ordinaire, ni avec elle-même (à priori, bien que certaines nouvelles informations semblent indiquer une légère auto interaction).
En fait elle n’est pas « noire », mais invisible, elle n’est sensible qu’à la gravité.
Depuis des décennies, on pense que cette matière noire (non baryonique), qui compose la majeure partie de la matière, est constituée de particules lentes et massives, donc de température « froide », d’où le terme « froide » (CDM : Cold .Dark Matter).
Mais cette CDM ne semble bien fonctionner qu’au niveau des grandes structures (amas de galaxies, amas d’amas…) mais pas au niveau des galaxies et échelles plus petites.
C’est pour cela que certains ont pensé qu’il pouvait exister une matière noire « chaude » (HDM) dont les particules seraient moins massives mais dont la vitesse serait proche de celle de la lumière.
La vitesse des particules joue un rôle important, notamment dans la formation des grandes structures.
Ce qui a donné naissance à deux scénarios :
· La matière noire froide les petites structures se forment d’abord puis des amas de galaxies et des super
amas, c’est le scénario « Bottom-Up »
· La matière noire chaude avec ses particules très rapides gênerait la formation des petites structures comme
les galaxies, les grandes structures se formeraient d’abord, c’est le scénario « Top-Down ». La particule de cette HDM pourrait être un neutrino.
Au cours du temps, on s’est aperçu qu’en fait, il pouvait exister une troisième forme de DM, qui serait « tiède » (warm en anglais) constituée de particules de masse intermédiaire (KeV), qui pourrait concilier les deux scénarios. Ce modèle semble s’accorder avec les observations aussi bien des petites structures que des structures à grande échelle, même à échelle
cosmologique.
À grande échelle, CDM et WDM donnent les mêmes résultats.
La particule associée serait un neutrino « stérile » et non pas les WIMPS liés plutôt à la CDM.
Il semble que l’approche avec un neutrino stérile valide de façon « robuste » la matière noire tiède au niveau surtout des galaxies naines et des petites structures, justement là où le modèle de matière noire froide trouve ses limites.
La raie de 21 cm de l’Hydrogène.
Dans le milieu interstellaire galactique (IGM), l’Hydrogène est naturellement très abondant.
Il peut se présenter sous plusieurs formes :
· L’Hydrogène atomique neutre (identifié par le
symbole HI)
· L’Hydrogène moléculaire H2.
Si HI est facilement caractérisé par une raie d’émission de 21 cm de longueur d’onde, il est plus difficile d’identifier H2, en fait la présence de monoxyde de carbone (CO) est un marqueur de H2 et c’est lui que l’on essaiera de mesurer, dans le domaine radio millimétrique.
L’Hydrogène atomique en présence d’une forte concentration d’étoiles va être ionisé par celles-ci (noté HII), les raies seront alors dans le domaine visible (raie H alpha).
Pour information les galaxies spirales sont plutôt riches en HI alors que les elliptiques le sont beaucoup moins, car elles ont consommé leur Hydrogène en grande partie.
D’où provient cette émission à 21 cm ?
H est l’atome le plus fréquent et le plus simple de l’Univers, un seul proton et un seul électron.
Les lois de la Mécanique Quantique (MQ) font que les électrons ne peuvent pas se trouver n’importe où, mais à certains endroits (orbitales) correspondant à des niveaux d’énergie bien précise.
L’énergie la plus faible est le niveau que l’on appelle fondamental. Mais comme rien n’est simple, l’électron en plus de son mouvement autour du proton, possède un mouvement de rotation propre auquel on attribue un nombre quantique appelé spin.
Le proton aussi possède un spin.
L’électron peut avoir son spin dans la même direction que celui du proton, on dit qu’ils sont parallèles ou de sens opposés, ils sont antiparallèles. C’est la structure « hyperfine » de l’atome.
Ces deux états de spin n’ont pas tout à fait la même énergie « de liaison » le mode parallèle est légèrement plus énergétique.
Quand un électron de l’atome H passe d’un niveau à un autre (il n’y en a que deux possibles pour cet atome), c’est-à-dire quand il change de spin, la différence d’énergie entre les deux niveaux est émise sous forme d’un photon de longueur d’onde caractéristique, de 21 cm (fréquence correspondante : 1420,4 MHz) identifiant cet atome comme une empreinte digitale.
Ce saut d’un état à un autre ne se produit que très rarement, mais il se trouve que l’Univers ne manque pas d’Hydrogène, on observe donc cette émission très régulièrement.
Signalons que pour l’Hydrogène moléculaire, les niveaux électroniques sont pleins en permanence, et aucune émission possible (principe d’exclusion de Pauli).
On notera que la raie de 21 cm a été détectée pour la première fois en 1951 et permit ainsi de déterminer la forme spirale de la Voie Lactée. En fait la raie de 21 cm est le marqueur des galaxies en première approximation.
Bien entendu la détection de cette longueur d’onde est fonction de la distance de la galaxie étudiée, elle subit l’expansion de l’Univers et la longueur d’onde reçue sur Terre va dépendre du z.
L’étude de cette raie à 21 cm est fondamentales car elle donne des informations sur :
· La répartition de H dans les galaxies, H étant le carburant pour former les étoiles
· Les vitesses du disque galactique, mettant ainsi en évidence la présence nécessaire de matière noire.
· La masse totale de la galaxie et sa forme
· Des interactions entre galaxies
On remarquera que HI ionisé par des étoiles apparaitra comme des vides dans le domaine 21 cm, donc même l’absence de signal
21 cm donne des informations.
Fin des remarques.
Anastasia Fialkov, est active au centre de recherches en Physique fondamentale de l’École Normale Supérieure de Paris.
Elle a obtenu un Doctorat (PhD en anglais) du département de la physique des particules de l’Université de Tel Aviv.
Sa thèse: Observing the Unobservable: Catching a Glimpse of the Primordial Universe est disponible sur Internet.
Elle s’intéresse principalement à l’Univers primordial et à la raie de 21cm de l’Hydrogène qui permet de la caractériser.
Elle a déjà une liste de publications très impressionnante.
Sa présentation ce soir, sur les contraintes sur la matière noire tiède pendant la réionisation, avec la raie de 21cm
HISTOIRE DE L’UNIVERS :
Premier acte : la Recombinaison.
Au début, l’Univers n’était qu’une soupe de particules (plasma) se choquant, s’annihilant et se reformant (diffusion Thomson).
L’épaisseur de ce « brouillard » était telle qu’aucune lumière (photos) ne pouvait se produire.
L’Univers est composé de protons (chargé +) d’électrons (chargés -) et de photons (neutre), bref il est ionisé.
L’expansion de l’Univers se poursuivant, la température baisse (c’est une loi physique, c’est comme cela que l’on fait du froid dans votre réfrigérateur), les collisions deviennent moins nombreuses, et la température baissant ; aux alentours de 3000K, vers les 380.000 ans, protons et électrons s’assemblent pour former un atome d’Hydrogène (neutre électriquement).
L’Univers n’est plus ionisé, il devient « calme » et TRANSPARENT, c’est la première lumière émise et que l’on peut voir maintenant mais étirée par l’expansion, je veux dire, le bruit de fond cosmologique ou CMB.
C’est ce que l’on appelle la période de la recombinaison. L’Univers est devenu NEUTRE.
Il y a découplage entre matière et rayonnement. Tout ce qu’il y a avant est à jamais caché à nos yeux.
Fin du premier acte.
Vue d’artiste de l’histoire de l’Univers, le BB à gauche et le présent à droite.
L’âge sombre est situé dans la partie centrale gauche, on y voit les bulles d’H ionisé qui grandissent de plus en plus
Crédit: Avi Loeb/Scientific American
Une autre belle représentation de l’histoire de l’Univers.
Deuxième acte : la réionisation.
Le deuxième acte commence…dans le noir : en effet aucune étoile ne brille, elles ne sont pas encore formées.
On entre dans la période appelée les âges sombres (Dark Ages), elle va durer plusieurs centaines de millions d’années jusqu’à l’apparition des premières étoiles et galaxies.
Cette période a été fondamentale dans l’histoire de l’Univers, la gravitation a commencé son action.
La température baisse, l’Univers devient froid. La matière commence à s’agglomérer et on remarque que l’Hydrogène atomique neutre HI commence à se (ré)ioniser, dû à la formation des premières générations d’étoiles qui rayonnent dans l’Ultra Violet, ce rayonnement provoquant l’ionisation (facile, peu d’énergie nécessaire) de H.
Ces premières étoiles avec leur environnement d’Hydrogène ionisé, favorisent la formation de galaxies primitives,
La matière noire s’effondre avant les baryons, les premières galaxies sont donc des galaxies de matière noire.
Les premières étoiles et les premières galaxies vont former des sortes de « bulles d’Hydrogène ionisé », ces bulles vont au cours du temps couvrir tout l’Univers jusqu’à ce qu’il soit entièrement ionisé, nous sommes à approximativement 1 milliard d’années.
Comment sonder cette partie de notre histoire, par exemple en utilisant un marqueur de HI qu’est la raie à 21 cm !
L’Univers est entièrement IONISÉ.
C’est la fin de l’acte deux.
Troisième acte : évolution jusqu’au présent.
Les galaxies vont évoluer pour aboutir au monde actuel composé de :
· 72% d’énergie noire,
· 28% de matière noire et brillante (dont 5% de baryons dont nous sommes faits)
L’Univers reste ionisé.
Ce que l’on imagine du début de l’Univers pose de nombreuses questions encore ouvertes comme :
· Quelle était la masse des premières étoiles et des premiers amas ?
· Quel était le taux de formation d’étoiles (SFR Star Formation Rate) ?
· Comment les premières étoiles se sont-elles éteintes ?
· Quel était le mécanisme d’échauffement le plus important ?
· Quelle était l’efficacité des premières étoiles à ioniser le gaz ?
· Etc….
· Et par-dessus tout, quelle est la nature de ces 85% de matière ?
De nouveaux projets astrophysiques devraient essayer d’apporter des solutions comme :
· Le SKA (Square Kilometer Array) réseau d’antennes radio couvrant
1km2 en Australie
· Le nouveau télescope spatial JWST qui devrait tenter de voir les
premières galaxies
· La sonde spatiale DARE (Dark Ages Radio Explorer) axée sur la
raie 21 cm, lancement en 2020.
· Le télescope spatial WFIRST (Wide
Field Infra Red Survey) consacré à l’énergie noire.
· Le
télescope spatial en X Athena (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics) de l’ESA
· Le X Ray Surveyor pour
remplacer Chandra.
Cette époque de la réionisation a donné naissance à un projet global appelé HERA pour Hydrogen Epoch of Reionization Array qui s’est donné pour but d’étudier cette époque en détectant la raie de 21 cm grâce à d’immenses réseaux de radio télescopes.
L’étude de la raie à 21 cm et son étirement due à l’expansion est un outil formidable pour avoir une image 3D (espace et temps grâce à z) de ces phénomènes.
Des modèles ont tourné avec différentes valeurs d’essai de la matière noire tiède, correspondant à des neutrinos stériles d’énergie
0,8 1,3 et 2,6 keV ainsi qu’à de la CDM.
Il semble que ce ne soit que le modèle avec 2,6keV ou supérieur qui passe les tests.
Si la matière noire tiède existe (WDM) ; elle peut inhiber la formation de halos de faible masse qui se forment en CDM, et donc retardant la formation d’étoiles d’après les études publiées récemment. L’apparition d’UV et de rayons X vont aussi affecter la raie de 21 cm.
Le signal 21 cm devient un marqueur de l’apparition d’halos massifs.
Différents facteurs d’effondrement de matière noire : CDM courbe pleine, et WDM avec 2 , 3 et 4 keV, le 4keV étant près de la CDM.
Courbe extraite de «The Imprint of Warm Dark Matter on the Cosmological 21-cm Signal »
Aux grands redshifts, les petits halos commencent à s’effondrer avec le modèle CDM, alors que ce n’est pas le cas en WDM.
En conclusion, le modèle WDM semble bien convenir au niveau des petites structures.
POUR ALLER PLUS LOIN : nombreux articles très intéressants.
The dark ages of the Universe, article de A. Loeb pour Scientific American
Qu'est-ce que la réionisation ? Par la collaboration Planck.
Probing the Nature of Dark Matter with the First Galaxies (Reionization, 21-cm signal) presentation d’A. Fialkov
The First Billion Years of a Warm Dark Matter Universe par Umberto Maio et Matteo Viel de l’INAF.
Kavli Scientists Set Strictest Limits Yet on Warm Dark Matter par le Kavli Institute de Cambridge.
The High-z Universe Confronts Warm Dark Matter: Galaxy Counts, Reionization and the Nature of Dark Matter
The Imprint of Warm Dark Matter on the Cosmological 21-cm Signal par M. Sitwell Univ British Columbia.
The imprint of dark matter on the cosmological 21cm signal par Andrei Mesinger presentation pdf
The Hydrogen 21-cm Emission Line simple mais clair.
Early galaxy formation in warm dark matter cosmologies par P Dayal, Ai Mesinger & F Pacucci
Warm dark matter par le Center for Neutrino Physics. À consulter!
Cold dark matter: Controversies on small scales par David Weinberg et al.
Re-Examining Astrophysical Constraints on the Dark Matter Model par Alyson Brook.
And the Temperature of Dark Matter is…? De science blogs. À consulter.
Constraining the warm dark matter particle mass with Milky Way satellites
Les divers modèles de matière noire par F Combes
Le monde étrange des neutrinos , CR conf SAF par Th Lasserre.
Les spectres cosmologiques de la matière noire et les débuts de la formation de structure dans l'univers par N Sanchez et al.
La matière noire dans l'univers et peut-on s'en passer? CR conf SAF de F Combes
Les galaxies lointaines, age sombre : CR conf D Kunth RCE2012 du 1er Nov 2012
Warm dark matter signatures on the 21cm power spectrum: Intensity mapping forecasts for SKA par I. Carucci et al.
The philosophy of cosmology: the 21cm background
LA PAUSE COLLATION DANS LA SUPERBE SALLE CASSINI.
QUO VADIS PHYSICS? NOBEL 2015: PONTECORVO AND THE SCIENCE LOBBIES PAR D CIRILO
Le nom complet de notre jeune intervenant est Diego Julio Cirilo Lombardo ; il est de l’Institut de Physique des Plasmas (INFIP) de Buenos Aires en Argentine. Et du laboratoire Bogoliubov de physique théorique de Dubna près de Moscou en Russie.
Le sujet ce soir étant lié aux neutrinos, il nous évoque la vie de Bruno Pontecorvo, un des pionniers de la découverte des neutrinos, dont on parle très peu, malgré ses importantes contributions.
Le prix Nobel de cette année a été décerné à des chercheurs qui ont confirmé l’oscillation des neutrinos, mais personne n’a pensé à Pontecorvo qui en a été un des précurseurs.
Qui est donc Bruno Pontecorvo ?
Bruno Pontecorvo est né en 1913 dans une riche famille italienne, mais cela ne l’a pas empêché de sympathiser très jeune pour des idées de gauche.
Il a suivi les cours de physique d’Enrico Fermi à Rome. En 1936 il obtient une bourse pour aller étudier à Paris au laboratoire Joliot Curie. La guerre d’Espagne démarre chez nos voisins à cette époque ce qui le marque. En 1938 c’est au tour de l’Italie avec Mussolini, ce qui lui interdit un retour vers son pays natal, à cause de ses origines juives.
Après la guerre, dans les années 1950, il fuit avec sa famille en Union Soviétique, il intègre l’Institut de Physique Nucléaire de Dubna. C’est là qu’il poursuivra ses études sur les neutrinos. Mais l’URSS manque cruellement de réacteurs nucléaires de recherche à cette époque, et il ne peut pas mener ses recherches comme il le souhaiterait.
Malgré toutes les distinctions de Prix Nobel liés aux neutrinos, aucune de ces personnalités n’a rendu hommage à ses travaux.
De nombreux articles publiés prouvent pourtant qu’il était sur la bonne voie, comme :
·
Nuclear Capture of Mesons and the Meson Decay Phys. Rev. 72, 246 – Published 1 August 1947
·
Electrons and muons neutrinos Sov.Phys.JETP 10 (1960) 1236-1240
Il suggère que le neutrino pourrait se transformer en un neutrino d’un autre type dès 1957 ; il explique aussi un peu plus tard le déficit des neutrinos électroniques provenant du Soleil. Il évoque aussi la possibilité de l’existence d’un neutrino stérile.
Il meurt en 1993.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Bruno Pontecorvo and neutrino physique par le département de physique de l’Université de Rome.
Bruno Pontecorvo and Neutrino Oscillations par l’institut nucléaire de Dubna.
The Pontecorvo Affair: A Cold War Defection and Nuclear Physics Univ Chicago Press Book
LA SCIENCE & CONFLITS D'INTÉRÊTS, LA TECHNOCRATIE: OÙ VA LA SCIENCE? PAR H. JAIME.
Puis c’est au tour d’Hélios Jaime, linguiste Épistémologue de nous entretenir quelques instants.
Son sujet, éminemment passionnant : La pensée, le langage et l’hypothèse quantique:
Approche idéo-sémantique interdisciplinaire.
Et plus généralement : où va la science ? Qu’est ce que la science ?
Se reporter à sa présentation pdf pour lire toutes les implications.
Je retiendrai, que la vérité scientifique n’est pas absolue.
LES CRISES DE LA CDM, DES WIMPS, LE LHC, LES NEUTRINOS STÉRILES PAR N. SANCHEZ.
Norma Sanchez résume et conclue cette très intéressante et très remplie cession d’automne.
Je ne peux pas tout résumer, surtout que c’est la fin de la soirée et que je commence à saturer !
La matière noire (DM) est la composante essentielle des galaxies, et est fondamentale pour la formation de celles-ci.
Quelques idées de base :
· Le modèle standard de l’Univers inclue l’inflation
· La matière noire tiède (WDM) joue un rôle dans la formation des galaxies
· Mais la physique quantique aussi à l’échelle du kpc et en dessous.
Près du centre galactique, les effets quantiques de la DM correspondent à de la matière noire tiède, c’est-à-dire à des particules de masse de l’ordre du keV, avec une valeur minimale de 1,9keV.
Cette théorie nécessite que les particules soient de type « fermion » (comme l’électron, les neutrinos etc..).
La théorie de la matière noire tiède explique bien les structures galactiques observées.
En résumé :
· Le modèle LCDM colle bien avec le CMB et les grandes structures
(LSS) mais pas avec les petites (SS)
· Le modèle LWDM est en ligne avec le CMB, les LSS et les SS
· Ce dernier modèle serait le modèle standard pour l’Univers
D’après Norma Sanchez, avec ce modèle, maintenant, les Wimps, les axions et les bosons de matière noire n’existent plus.
Il faut donc bâtir un nouveau système de particules du nouveau modèle standard, on l’appelle le Neutrino Minimal SM où à chaque neutrino est associé un neutrino stérile.
Le neutrino stérile est dextrogyre (chiralité droite), alors que les neutrinos ordinaires sont lévogyres (gauche) et les antineutrinos dextrogyres bien sûr.
Les neutrinos sont ils des particules de Majorana (égale à son antiparticule) ou de Dirac (neutrino et antineutrino sont distincts), on ne le sait pas encore.
Mais comment détecter ces neutrinos stériles ?
Le neutrino stérile peut être détecté dans la désintégration béta et dans la capture électronique.
Des expériences peuvent aussi participer à cette chasse comme :
· MARE (Microcalorimeter Arrays for a Rhenium
Experiment) pour essayer de déterminer la masse des neutrinos, aussi bien les légers que les lourds (stériles).
· KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino) de l’Allemagne, qui devrait
pouvoir déterminer la masse du neutrino électronique. C’est un spectromètre géant de 70m de long. La forme des spectres de désintégration du Tritium dépend en fait de la masse du neutrino émis.
·
PTOLEMY (Princeton Tritium Observatory for Light, Early Universe Massive Neutrino Yield) pour déterminer le fond cosmique des neutrinos (CNB en anglais), plus ancien que le CMB.
· ECHo (Electron Capture 163Holmium
experiment) qui se concentre dans la capture électronique de l’Holmium.
Le neutrino se désintègre en un neutrino actif et un photon X monochromatique dont l’énergie est de la moitié de la masse du neutrino stérile. L’observation de ces rayons X dans les halos de matière noire, est une méthode pour détecter ces neutrinos.
Et le LHC ??
Que peut-on prédire pour le redémarrage du LHC avec plus de puissance en Avril 2015 ?
Concernant les recherches au-delà du modèle standard, Norma Sanchez fait les prédictions suivantes :
· Pas de découverte de matière noire au LHC
· Pas de particules super symétriques
· Pas de découverte de dimensions supplémentaires.
LA DÉTECTION DE WDM.
Mais pourquoi donc si la matière noire tiède est si évidente, oui, pourquoi ses particules n’ont-elles pas encore été détectées ?
· Toutes les recherches actuelles sont consacrées aux Wimps de masse > 1 GeV, alors que les particules de WDM
sont dans la gamme du keV.
Les expériences en cours concernant les Wimps n’ont rien donné comme :
· L’expérience LUX (Large
Underground Xenon Detector) n’ont pas détecté de Wimps.
· Mais les premières vraies recherches sont dues aux Chinois avec leur expérience PANDAX-1 (Particle and
Astrophysical Xenon Detector) et elles n’ont rien donné non plus, et donc pas de Wimps aussi. (Publié en sept 2014)
· Les derniers résultats de XMASS des
Japonais, qui elle cherche des particules de WDM a exclu l’existence de Wimps.
· De nouvelles expériences devraient démarrer bientôt comme :
DAMIC en Ontario et DARK SIDE en Italie
Bref le monde entier travaille sur ce sujet.
La matière noire pourrait aussi dans certaines conditions interagir avec elle-même (self interacting DM ou SM), on s’en est rendu compte en étudiant la collision de quelques galaxies, notamment en étudiant Abell 3827.
Ce phénomène ne semble pas aussi important qu'on le pensait comme expliqué dans cet article.
La matière noire des halos de galaxies est thermalisée (matière et rayonnements ont atteint un équilibre thermique local)
La température mesurée à l’extérieur du halo est plus faible que la température à l’intérieur de celui-ci où la thermalisation s’est produite.
En conclusion, la matière noire tiède (WDM) est consistante avec les observations comme :
· Densité et
vitesse des galaxies
· Le profil
de densité des centres galactiques
· Le
problème des satellites de galaxies
·
POUR ALLER PLUS LOIN SUR CE SUJET :
Un nouveau modèle pour décrire la structure des galaxies par N Sanchez et H de Vega.
Dark matter, baryogenesis and neutrinos par M. Shaposhnikov, école polytechnique de Lausanne.
Dark Matter Candidates Marc Schumann Astroparticle physics, Université de Zurich. Très bon, à voir.
La matière noire et le neutrino stérile par Thierry Lasserre du CEA.
le dernier CR de l’école Chalonge qui reprend une partie des problématiques discutées.
Ptolemy : une expérience pour voir les neutrinos du Big Bang chez Futura Sciences.
Development of a Relic Neutrino Detection Experiment at PTOLEMY: par S Betts et al de Princeton. Un peu hard.
ECHO Experiment par le Kirchhoff Insitute für Physik, présentation pdf très claire.
Self-interacting DM par Sean Tulin
Un soupçon d’interaction pour la matière noire, article de Pour la Science.
La matière noire va t-elle sortir de l’ombre ? Article de Science et Vie
The Dark Matter distribution function and Halo Thermalization from the Eddington equation in Galaxies par Sanchez et Vega
Minimal Extension of the Standard Model of Particle Physics
Programme Chalonge de l’année 2015/2016
Neutrinos stériles et matière noire font bon ménage par Éric Simon.
Bon ciel à tous
Jean Pierre Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie
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