EXPOSITION TEXTES LES ELLIPSES DES PLANÈTES LES
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EXPOSITION TEXTES LES ELLIPSES DES PLANÈTES Tracées au sol, les ellipses des planètes partent de la galerie, le soleil se trouvant près de l’entrée de l’escalier. Respectant les distances à l’échelle depuis le centre du système solaire, elles permettent d’en réaliser l’immensité. A la vitesse de la lumière, 300'000 km/s, pour parcourir la distance du soleil à Mercure, la planète la plus proche de l’astre, il faut 3 minutes alors que jusqu’à Pluton, la planète la plus éloignée du système, il faut 360 minutes. LES MODÈLES DE L’UNIVERS Représentation libre et artistique de huit modèles de l’Univers (Pascal Winkler) Les modèles, depuis l’Antiquité grecque et jusqu’à la fin du XIXème siècle, se limitent à la représentation du système solaire géocentrique puis héliocentrique. Du modèle mythologique en passant par ceux développés par les philosophes et mathématiciens de la Grèce antique jusqu’à celui de Ptolémée, qui demeurera le seul de référence jusqu’au XVIème siècle, la terre se trouve au centre de l’univers des hommes. Copernic le premier osa une réflexion différente et proposa un modèle dont le soleil serait le centre. Kepler le précisa en énonçant ses lois relatives aux mouvements des planètes démontrant ainsi que leur parcours autour de l’astre solaire est elliptique. L’évolution se poursuit avec Newton et la loi de la gravitation universelle. Durant le XVIIème siècle, le développement des instruments d’observation, lunette astronomique et télescope plus particulièrement, permettra l’essor de l’astronomie et l’étude de la mécanique céleste. Œuvre des mathématiciens d’abord, des astrophysiciens puis des physiciens, les modèles ont évolué entre le XVIIIème et le XXème siècle en suivant les progrès de la physique et des techniques : analyse spectrale, mécanique quantique et relativité, détecteurs électroniques et conquête spatiale laissent entrevoir l’immensité des galaxies et l’expansion de l’Univers. 1 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie LES MODÈLES Antiquité grecque (VIIIème siècle av. JC) : Le modèle mythologique décrit un univers isolé dans l’espace, il se compose d’un plateau qui repose sur des pieds. La terre est au milieu des eaux. Chaque nuit, les astres sortent de l’Océan et passent le long d’une voûte d’est en ouest avant de rejoindre à nouveau l’élément liquide. Le soleil s’extrait à son tour de l’eau pour accomplir son parcours journalier. Anaximandre (VIème siècle av. JC) Ce philosophe grec représente la terre comme un cylindre isolé dans l’air au milieu d’une sphère. Il imagine que des hommes peuvent vivre sur l’autre face de ce cylindre et introduit ainsi la notion d’antipodes. Aristote (IVème siècle av. JC) Synthétisant les idées développées par les mathématiciens et philosophes comme Pythagore, Parménide, Socrate et son maître Platon, Aristote impose un modèle qui lui survivra près de 18 siècles. Introduisant une dimension spirituelle, il distingue physique et métaphysique. Des sphères concentriques imbriquées les unes dans les autres portent les planètes et se meuvent selon un mouvement naturel autour de la terre. Les hautes sphères portant le soleil et les étoiles symbolisent la perfection, le monde immuable et éternel. Claude Ptolémée (IIème siècle ap. JC) Cet astronome et mathématicien grec établi à Alexandrie en Egypte développe un modèle géocentrique selon les principes d’Aristote. Celui-ci s’avère scientifiquement défendable par l’introduction des épicycles, petit cercle décrit par un astre et centré sur le cercle de la trajectoire que parcourt la planète autour de la terre. Ce modèle permet d’expliquer les mouvements des planètes observés depuis la terre. Nicolas Copernic (1473 – 1543) L’astronome polonais démontre dans son traité De revolutionibus orbium cœlestium que la terre n’est pas immobile au centre du monde mais qu’elle tourne d’une part sur elle-même et d’autre part autour du soleil. L’héliocentrisme permet d’expliquer le mouvement des planètes et des astres au cours des saisons dans le ciel sans avoir recours à un subterfuge comme les épicycles. Johannes Kepler (1571 – 1630) Cet astronome allemand précise le modèle développé par Copernic en formulant trois lois relatives aux mouvements des planètes qui démontrent notamment leur 2 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie parcours elliptique autour du soleil, rectifiant ainsi les erreurs observées sur les positions de la planète Mars dans sa révolution autour du soleil. Les trois lois : 1. Les planètes balayent des aires égales en temps égaux 2. Les planètes tournent autour du soleil en décrivant des ellipses dont le soleil occupe un des foyers. 3. La période de révolution d’une planète dépend de sa distance au soleil (a3/T2) Les galaxies Les observations de l’astrophysicien Edwin Hubble (1889 – 1953) sur l’expansion de l’Univers en 1929 démontrent qu’il est en phase de dilatation qui s’exprime par la fuite des galaxies. Celles-ci de formes, de constitutions et de grandeurs diverses sont de vastes ensembles d’étoiles. La galaxie à laquelle appartient le système solaire, la Voie lactée, est de forme spiralée et contient plus de 200 milliards d’étoiles. L’Univers ? Aujourd’hui comment peut-on symboliser l’Univers ? Quelque part au milieu de l’immensément grand, la Voie lactée est une galaxie parmi toutes les autres connues et inconnues. En fait, un grain parmi des poussières d’étoiles. Illustration du titre - The Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) La sonde spatiale micro-onde anisotrope (dont les propriétés varient avec la direction) Wilkinson (2003 /COBE 1992) a fait la première carte détaillée du ciel complet de la plus ancienne lumière de l’univers. C’est une «baby picture» de l’Univers. Les couleurs indiquent pour les taches rouges, le plus chaud, pour les bleues, le plus froid. La forme ovale est une projection qui dévoile tout le ciel, comme lorsque le globe terrestre est présenté en projection plane (le planisphère). La lumière micro-onde capturée dans cette image date de 379'000 ans après le Big Bang, il y a 13 à 15 milliards d’années, ce qui équivaut à prendre une photo d’une personne de 80 ans le jour de sa naissance. (Illustration des dimensions des planètes proportionnellement au soleil). Posées sur le soleil représenté en jaune orangé, les photographies des planètes sont à l’échelle et dans l’ordre. Ainsi, en s’éloignant de l’astre, la première des planètes dites telluriques ou internes est Mercure suivie dans l’ordre de Vénus, de la Terre et de Mars puis viennent les planètes géantes ou externes, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et la dernière, la plus petite de toutes, aux confins du système solaire et aux caractéristiques encore peu connues, Pluton. 3 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie L’ECHO DU CIEL Depuis l’aube des temps, les hommes ont cherché à comprendre l’Univers et à en découvrir son organisation. Soumis à la succession des jours et des nuits, à celle des saisons, ils ont voulu maîtriser le temps et son écoulement. La première des horloges est le ciel vers lequel ils ont tourné leur regard pour organiser leur vie. La rotation de la terre a pendant longtemps été la seule référence du fractionnement du temps et ceci bien avant l’invention des premiers mécanismes horlogers permettant la division du jour en périodes égales. Jusqu'à il y a peu, c’était encore la rotation de la terre qui donnait la meilleure précision de l’heure puisque la seconde était définie comme la 86’400e partie du jour solaire moyen. Redéfinie en 1967 à la Conférence générale des poids et mesures comme «la durée de 9'192'631’770 périodes de la radiation électromagnétique correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133», elle s’éloignait définitivement de la cosmologie. L’exposition consacrée au CERN, Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est introduite par une évocation de l’histoire de la cosmologie s’appuyant sur les modèles de l’Univers depuis l’Antiquité grecque jusqu’ à la détection du rayonnement fossile du Big Bang. Une représentation libre de 8 modèles, une mise en scène des orbites des planètes du système solaire conduisent à la découverte de quelques portraits d’astrophysiciens et de physiciens dont les apports ont permis l’établissement d’un modèle d’Univers sans cesse remodelé par de nouvelles découvertes. En 2001, le CERN offrait au Musée international d’horlogerie un segment de la TPC (chambre à traces à projection temporelle) du détecteur ALEPH lors du démantèlement du LEP, grand collisionneur électron/positon et plus grand accélérateur de particules du monde. Ce segment est exposé dans le beffroi, accompagné de documents évoquant les 50 premières années du CERN et de ses recherches sur la physique des particules. Une chambre à brouillard, détecteur physique de particules, complète cette exposition. L’ÉCHO DU BIG BANG Arno Penzias et Robert Wilson (Prix Nobel de Physique, 1978) devant l’antenne « Holmdel Horn Antenna » [Photo Robert Isear, AIP Emilio Segrè Visual Archives] Au début des années 1960, les deux physiciens construisent à Holmdel dans le New Jersey (USA) pour les Bell Telephones Laboratories une vaste antenne métallique en forme de corne, destinée à capter les signaux entre la terre et les premiers satellites de communications (Telstar, 1962). 4 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Le décodage des « bruits » des multiples ondes reçues achevé, une émission persistante d’ondes avec la même intensité de rayonnement et de provenance inconnue mais constante, quelle que soit l’orientation de l’antenne ou la position de la Voie lactée, demeure. Une fois l’antenne vérifiée et tout défaut de construction écarté, l’idée d’une trace de radiation provenant de l’espace profond est privilégiée. La survivance d’un rayonnement fossile dû à l’explosion du Big Bang est envisagée dès les années 1930. En 1948, suite aux découvertes des deux décennies précédentes, le physicien d’origine russe George Gamow prévoit la présence d’une température résiduelle issue du début de l’Univers. Au printemps 1965, il s’avère donc qu’Arno Penzias et Robert Wilson ont isolé un bruit de fond dû à la trace de la lumière libérée de la matière juste après le Big Bang. Cette radiation a une longueur d’onde qui la fait passer dans les ondes radio, ce qui permet d’entendre ce rayonnement fossile. En fait cette longueur d’onde à une température de 3 K (le kelvin est l’unité légale de température absolue : 0 °C=273,15 K), ce qui a permis à des satellites comme COBE (1989) ou WMAP (2003) de la NASA de restituer une image à partir du rayonnement résiduel de cette lumière fossile. TABLEAU ANTIQUITÉ GRECQUE La terre selon Anaximandre (VIème s. av. JC) Imaginant une terre cylindrique, Anaximandre introduit la notion d’antipodes. Ainsi, « pieds contre pieds » les hommes occupent les deux faces planes du cylindre. L’Univers selon Pythagore (Vème s. av. JC) La disparition de la coque des navires à l’horizon alors que les mâts restent visibles comme l’ombre portée de la terre sur la lune sont les observations qui permettent à Pythagore d’affirmer la rotondité de la terre. L’école des pythagoriciens développa le modèle décrit par le mathématicien : Terre au centre du système et organisation harmonique des planètes et des astres, L’Univers selon Aristote (IVème s. av. JC) Synthétisant les idées développées par les mathématiciens et philosophes comme Pythagore, Parménide, Socrate et son maître Platon, Aristote impose un modèle qui lui survivra près de 18 siècles. Introduisant une dimension spirituelle, il distingue physique et métaphysique. Des sphères concentriques imbriquées les unes dans les autres portent les planètes et se meuvent selon un mouvement naturel autour de la terre. Les hautes sphères portant le soleil et les étoiles symbolisent la perfection, le monde immuable et éternel. 5 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Aristarque des Samos (IIIème s. av. JC) Cet astronome développe un modèle totalement différent de ces prédécesseurs : il imagine un soleil central et poursuit sa réflexion en affirmant que la terre tourne sur elle-même. Ces propositions ne convainquent pas ses contemporains, il faut attendre le XVIème siècle et Copernic pour que le modèle héliocentrique s’impose. Claude Ptolémée (IIème s. ap. JC) Cet astronome et mathématicien grec établi à Alexandrie en Egypte développe un modèle géocentrique selon les principes d’Aristote. Celui-ci s’avère scientifiquement défendable par l’introduction des épicycles, petit cercle décrit par un astre et centré sur le cercle de la trajectoire que parcourt la planète autour de la terre. Ce modèle permet d’expliquer les mouvements des planètes observés depuis la terre. L’Almageste, littéralement le plus grand, le traité d’astronomie qui résume les principes cosmologiques de Ptolémée a été repris et étudié pendant tout le Moyen âge principalement par les astronomes arabes. PANNEAU DES ASTRONOMES Nicolas Copernic (1473 - 1543), astronome polonais. Dès 1514. Copernic émet l’hypothèse que la terre n’est pas au centre du monde et que son immobilité n’est qu’apparence. Cette théorie paraîtra dans son traité De revolutionibus orbium cœlestium. Il y démontre que la Terre n’est pas immobile au centre de l’Univers mais qu’elle tourne sur elle-même et autour du Soleil. C’est l’expérience du pendule de Foucault en 1841 qui établira de façon définitive l’existence de la rotation de la terre. Tycho Brahe (1546 - 1601), astronome danois. En 1570 l’observation d’une nouvelle étoile, une nova, le convainc de la non immobilité de l’Univers: des étoiles naissent et meurent. Ses observations le poussent à améliorer de façon remarquable les instruments astronomiques d’observation. Cependant, en contradiction avec Copernic, il affirme une théorie géohéliocentrique de l’Univers, c’est-à-dire qu’il admet que les planètes tournent autour du soleil qui tourne lui-même autour de la terre. Galilée (Galileo Galilei, dit) (1564 - 1642), physicien, mathématicien et astronome italien; fondateur de la science expérimentale. Il construit dès 1609 une lunette perfectionnée qui lui permet d’observer la Voie lactée et des milliers d’étoiles, de découvrir les anneaux de Saturne et les satellites de Jupiter. Reprenant la théorie de Copernic qu’il diffuse largement, il proclame ouvertement que la Terre tourne autour du Soleil. Poursuivi par le Saint-Office, il doit 6 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie se rétracter devant l’Inquisition en 1633. Entre autres apports, on lui doit les lois du pendule. Johannes Kepler (1571 - 1630), astronome allemand. Elève de Tycho Brahe, il détermine les trajectoires elliptiques des planètes autour du soleil et précise la représentation du système solaire donnée par Copernic en formulant trois lois relatives aux mouvements des planètes (lois de Kepler). Son œuvre sera reprise par Newton à la fin du XVIIème siècle. Christiaan Huygens (1629 - 1695), physicien, géomètre et astronome néerlandais. Un des plus grands savants de tous les temps. Il conduit, parallèlement à ses recherches en astronomie menée notamment grâce à la lunette astronomique munie d’un nouveau type d’oculaire qu’il a mis au point, des travaux en mécanique. Il développe l’idée d’employer le mécanisme du pendule pour régulariser le mouvement d’une horloge puis propose l’utilisation du ressort spiral pour le mouvement des montres. Sir Isaac Newton (1642 - 1727), mathématicien, physicien et astronome anglais. Il établit les lois de la gravitation universelle et calcule la force qui retient la Lune sur son orbite. Il publie dans «Principia» en 1688 le résultat de ses réflexions menées depuis 1661. Il poursuit des travaux importants en optique et on lui attribue la réalisation en 1667 du premier télescope à réflexion qui remplace l’objectif à lentille convergente par un objectif miroir qui diminue la déformation des images. Edmund Halley (1656 - 1742), astronome anglais. Il découvre la périodicité des comètes et en 1682, prévoit le retour pour 1758 de la comète qui porte son nom, ce qui a été effectivement observé. La comète de Halley à une période d’environ 76 ans. Sir William Herschel (1738 - 1822), astronome anglais d’origine allemande. Il découvre en 1781 la planète Uranus, puis en 1787 les satellites de la même planète et enfin en 1789 deux satellites de Saturne et plus de 2500 nébuleuses nouvelles grâce aux télescopes qu’il a construits lui-même. John Couch Adams (1819 - 1892), astronome anglais. Il calcule, en même temps qu’Urbain Le Verrier, astronome français, la position de Neptune. C’est l’observation des perturbations dans l’orbite d’Uranus qui l’amène à découvrir l’existence de la planète et sa position dans le ciel. Clyde William Tombaugh (1906- 1997). Astronome américain autodidacte, il fabrique son premier télescope dans la ferme de ses parents. Ses dessins d’observations de Jupiter et de Mars le font remarquer et il 7 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie est engagé par l’observatoire de Flagstaff (AZ). En 1930, il découvre Pluton en comparant des clichés de portion du ciel pris à des temps différents et en les projetant pour y découvrir immédiatement des différences dans la position d’astres. PANNEAU DES PHYSICIENS James Clerk Maxwell (1831 - 1879), physicien britannique. Ses travaux les plus importants concernent l'életromagnétisme. On lui doit en particulier la notion de champ agissant à distance et les quatre équations relatives à la propagation du champ électromagnétique. Wilhelm Conrad Röntgen (1845 - 1923), physicien allemand. Prix Nobel de Physique, 1901 Il découvre les rayons X en 1895. Il démontre que ce rayonnement se propage en ligne droite, qu'il n'est ni réfléchi, ni réfracté, ni dévié par un champ magnétique, mais qu'il est diversement absorbé par la matière. Albert Abraham Michelson (1852 - 1931), astronome et physicien américain d'origine polonaise. Prix Nobel de Physique, 1907 Ses premières expérimentations sont des mesures de la vitesse de la lumière dont il améliora toujours la précision. Cette vitesse est de 300 000 km/s. Max Planck (1858 - 1947), physicien allemand. Prix Nobel de Physique, 1918 Il révolutionne la physique moderne en élaborant (1900) sa théorie des quanta. Il introduit la quantification pour expliquer le spectre pourtant continu du rayonnement thermique donnant naissance ainsi à la mécanique quantique. Marie Curie, née Sklodowska (1867 - 1934), physicienne française d'origine polonaise. Prix Nobel de Physique, 1906 (conjointement avec son mari, Pierre Curie et H. Becquerel), Prix Nobel de Chimie, 1911 Après la découverte avec son mari, Pierre Curie, du radium en 1898, et conjointement avec son mari et Henri Becquerel, de la radioactivité en 1903, elle déterminera le poids atomique du radium ce qui lui vaudra un second Prix Nobel, de chimie cette fois-ci, en 1911. Robert Andrews Millikan (1868 - 1953), physicien américain. Prix Nobel de Physique, 1923 Il détermine la charge électrique et la masse de l'électron, étudie le rayonnement cosmique, en mesure les énormes variations en fonction de l'altitude et en déduit une origine extra-terrestre. 8 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Lord Ernest Rutherford (1871 - 1937), physicien anglais; Prix Nobel de Chimie, 1908 Il est connu pour ses travaux sur la radioactivité, les isotopes et la structure de la matière. En projetant des particules radioactives sur une feuille d'or, E. Rutherford découvre que la masse des atomes (constitués essentiellement de vide) était principalement concentrée dans un petit noyau central de charge positive. Albert Einstein (1879 - 1955), physicien et mathématicien allemand, naturalisé suisse en 1900, puis américain en 1940; Prix Nobel de Physique, 1921 Personnalité scientifique la plus emblématique du XXème siècle, il propose une théorie générale de l'Univers, la relativité. Celle-ci s'impose pour expliquer de nombreux phénomènes observés. Exprimée par la formule E=mc2 qui donne l'équivalent E en énergie de la masse m d'un corps (c étant la vitesse de la lumière dans le vide), il énonce d'abord la théorie de la relativité restreinte (1905) puis celle de la relativité générale (1916). Sir James Chadwick (1891 - 1974), physicien anglais; Prix Nobel de Physique, 1935 Elève et assistant de E. Rutherford, il identifie en 1932 lors de ses travaux sur les particules alpha (noyaux d'hélium) le neutron, constituant du noyau atomique avec les protons. Wolfgang Pauli (1900 - 1958), physicien suisse d'origine autrichienne. Prix Nobel de physique, 1945 Il élabora la théorie quantique du magnétisme nucléaire et émit l'hypothèse de l'existence du neutrino, particule de masse nulle et dépourvue de charge électrique. Edwin Mattison McMillan (1907 - 1991), physicien américain; Prix Nobel de Chimie 1951 (avec G. T. Seaborg) Un des inventeurs d'un nouvel accélérateur de particule, le synchrotron (1946). Au lieu de tourner en spirales vers l'extérieur comme avec le cyclotron, les particules restent en orbite circulaire à l'intérieur d'un tube sous vide. L'énorme aimant circulaire est remplacé par de plus petits aimants incurvés. PANNEAU DU BIG BANG Georges Henri Lemaître (1894 - 1966) Physicien, prêtre belge et professeur à l’Université de Louvain, il est un précurseur de la théorie de l’explosion initiale qu’il développe suite à la théorie de l’expansion de l’Univers de Hubble et à laquelle il tente de donner une explication. Auteur de 9 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie plusieurs modèles cosmologiques théoriques qui s’opposent notamment à ceux de Einstein. Edwin Powell Hubble (Edwin Powell) (1889 - 1953) Astrophysicien américain; il est principalement connu pour ses travaux sur les nébuleuses et la théorie de l’expansion de l’Univers. Il établit que la vitesse de fuite des galaxies est proportionnelle à la distance qui nous en sépare (constante de Hubble) et il sépare les galaxies en deux catégories, les spirales et les ellipsoïdales. George Anthony Gamow (1904 - 1968) Ce physicien américain d’origine russe démontre en 1948 que le rayonnement thermique de l’explosion initiale est très refroidi et que sa température avoisinerait 5 K (Le kelvin est l’unité légale de température absolue, de symbole K. [La température absolue T, exprimée en kelvins, est liée à la température t, exprimée en degrés Celsius, par la relation T=t+273,15; 100°C =373,15 K; 0 °C=273,15 K]. C’est le rayonnement qui sera identifié par Arno Penzias et Robert Wilson en 1965. Sir Fred Hoyle (1915 - 2001) Cet astrophysicien britannique propose en 1948 un modèle d’Univers stationnaire, sans explosion initiale, impliquant une formation continue de la matière. Ce modèle s’oppose donc à celui défendu notamment par Gamow qui s’appuie sur une théorie d’explosion et d’expansion. Par dérision, Fred Hoyle donne le nom de «grand boum», ou en anglais Big Bang, à la théorie de ses contradicteurs. Arno Penzias (1933), Prix Nobel de physique 1978 Dans le cadre de son activité auprès de la compagnie Bell Téléphones, ce radioastronome construit avec Robert Wilson, une gigantesque antenne pour l'écoute des satellites de communications. Il observe en 1965, avec R. W. Wilson, l'existence dans l'Univers d'un rayonnement fossile, apportant ainsi une confirmation expérimentale à la pertinence de la théorie du Big Bang. Robert Woodrow Wilson (1936) Prix Nobel de physique 1978 Avec Arno Penzias, ce radioastronome américain a découvert le rayonnement thermique dont les ondes parasitaient l’antenne des Laboratoires Bell. 10 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Le CERN LES BUTS DU CERN Le CERN, acronyme de Conseil européen pour la recherche nucléaire, est un exemple de collaboration scientifique internationale couronnée de succès. Ses buts sont énoncés dans le document officiel de 1953 intitulé « Convention » pour l’établissement d’une Organisation européenne pour la recherche nucléaire : « … L’Organisation assure la coopération entre États européens pour les recherches nucléaires de caractère purement scientifique et fondamental, ainsi que pour d’autres recherches en rapport essentiel avec celles-ci. L’Organisation s’abstient de toute activité à des fins militaires et les résultats de ses travaux expérimentaux et théoriques sont publiés … » Presque 50 ans plus tard, l’esprit de la Convention conserve sa fraîcheur. Pourtant, d’européenne qu’elle était à ses débuts, la collaboration scientifique au CERN s’est étendue au monde entier. L’objectif premier de cette collaboration est de fournir des installations lui permettant de sonder la structure profonde de la matière pour parvenir à mieux comprendre comment l’Univers fonctionne. À cet égard, le terme « nucléaire » n’est plus guère approprié aujourd’hui. Avec le recul des horizons scientifiques, la strate fondamentale de la matière actuellement explorée n’est plus celle des particules nucléaires, mais celle des quarks et des gluons qui y sont profondément enfouis et d’autres particules, comme les électrons et les neutrinos, avec lesquelles ils interagissent. Pour pénétrer toujours plus avant au cœur de la matière, les expériences au CERN recréent aussi les températures extrêmement élevées qui régnaient une fraction de seconde après le big-bang. Ainsi, les résultats de ces études donnent de nouveaux aperçus sur l’évolution de l’Univers à ses débuts et établissent un pont entre, d’une part, la cosmologie et l’astrophysique dont l’objet est l’infiniment grand et, d’autre part, la physique des particules qui s’intéresse à l’infiniment petit. L’exploration de couches toujours plus profondes de la microstructure à l’intérieur de l’atome nécessite des instruments plus puissants et plus grands. Il y a 50 ans, il était déjà évident que cet investissement scientifique dépassait les moyens de la plupart des pays pris isolément. Après la Seconde Guerre mondiale, l’Europe ne pouvait espérer rester à l’avant-garde de la science que si les États qui la composent mettaient leurs ressources en commun. Le résultat, le CERN, a dépassé toutes les espérances, devenant un modèle de collaboration scientifique internationale que d’autres entreprises se sont par la suite efforcées d’égaler. Si le CERN est une réussite, c’est qu’il s’est toujours assigné des objectifs, celui, notamment, de concevoir et construire de gigantesques accélérateurs de particules destinés à fournir les faisceaux de particules de haute énergie nécessaires pour explorer la structure profonde de la matière, ainsi que des détecteurs et des installations de traitement et d’analyse des résultats des expériences scientifiques. Pour ce faire, il faut non seulement suivre l’évolution de la technologie, mais aussi initier de nouveaux développements. 11 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Le rôle international du CERN s’est accru à mesure que davantage de pays ont pris conscience que la collaboration est la clé du progrès. La famille des États membres du CERN s’étend maintenant au-delà des confins de l’Europe occidentale à des pays d’Europe centrale et compte actuellement 20 États membres : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse. D’autres pays suivront certainement. La Commission européenne, les États-Unis d’Amérique, la Fédération de Russie, Israël, le Japon, la Turquie et l’UNESCO jouissent du statut d’observateur. L’implantation du CERN au nord-ouest de Genève, de part et d’autre de la frontière franco-suisse, souligne le statut international de l’Organisation. La proximité de cette frontière n’est pas sans effet sur la vie quotidienne de tous ceux qui travaillent au CERN ou le visitent, et sur celle de leurs familles, qui prennent ainsi conscience de ce que signifie réellement une collaboration internationale. Le CERN a toujours été tourné vers l’avenir. Il a pour principe que les installations exploitées pour la recherche, même les plus performantes, doivent céder la place à de nouveaux équipements permettant d’explorer des facettes plus profondes de la Nature, à mesure que progressent les connaissances. Ces perpétuels changements de décor sont l’une des principales caractéristiques de la recherche au CERN et expliquent que le Laboratoire soit resté un pôle scientifique indispensable. Un exemple frappant de cette politique a été la fermeture en 2000, comme prévu, du LEP, le collisionneur électron-positon de 27 km du CERN, bien que les données recueillies pendant la phase finale de son programme de recherche aient fourni des indices révélateurs, mais non probants, de l’existence de la particule de Higgs traquée depuis longtemps. Cette particule a pour effet de différencier les diverses familles de quarks. Depuis de nombreuses années, l’avenir du CERN est entièrement axé sur le grand collisionneur de hadrons — LHC — dans lequel des faisceaux de protons et d’autres particules entreront en collision à des énergies sans précédent. Le LHC, qui desservira une vaste communauté mondiale, doit entrer en exploitation en 2007 dans le tunnel de 27 km creusé dans les années 80 pour abriter le LEP. La future machine ouvrira de nouveaux horizons à la recherche en physique en explorant les interactions plus profondes entre les quarks et les gluons, en atteignant des températures encore plus élevées et en simulant des étapes encore plus anciennes de l’histoire de l’Univers. Une chose que les pionniers n’auraient jamais imaginée est le développement rapide des télécommunications, dans lequel le CERN a joué, et continue de jouer, un rôle central. Un exemple fameux de la créativité du CERN remonte à tout juste plus de dix ans. Les scientifiques disséminés de par le monde souhaitant avoir accès à des informations et des données de recherches au CERN, le besoin s’est fait sentir d’une infrastructure permettant à tous ces chercheurs de communiquer facilement et efficacement au moyen de l’Internet. C’est ainsi qu’est né au CERN le World-Wide Web. Le LHC engendrera de nouveaux besoins en matière d’analyse de données et de puissance informatique. C’est pour y répondre que le CERN est devenu un des 12 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie principaux partenaires du projet international de grille de calcul qui permettra d’accéder à la puissance de calcul partout où elle est nécessaire. Avec le LHC, le CERN est devenu un laboratoire européen de dimension mondiale. D’importants accords bilatéraux pour la fourniture d’équipements pour le LHC ont été conclus entre le CERN, le Canada, les États-Unis d’Amérique, l’Inde, le Japon et la Russie. Une cinquantaine de pays participent au LHC et à son programme de recherche qui attirent des scientifiques du monde entier et dépassent l’imagination des pionniers même les plus clairvoyants qui ont fondé le CERN il y a un demi-siècle. ©CERN, 2002 PARTICULES ET ACCÉLÉRATEURS Particule : Nom générique des composants élémentaires de la matière. Accélérateur de particules : Appareil permettant de communiquer des vitesses très élevées à des particules et destiné à l'étude de la structure de la matière. Les grands accélérateurs comme ceux du CERN comprennent: 1. La source qui produit les particules chargées (électrons, ions, etc.) 2. Le système accélérateur qui leur communique l'énergie. 3. Le système qui les guide durant le trajet et qui les éjecte vers la cible. Quelles particules peut-on accélérer par l'action d'un champ électrique? ¾ Les particules stables possédant une charge électrique, comme les électrons, les protons et leurs antiparticules ainsi que les ions de toute espèce. Les types d'accélérateurs : 1. électrostatiques, avec une tension constante. 2. linéaires (ils peuvent avoir plusieurs kilomètres de long), avec un champ électrique alternatif. 3. circulaires, avec des trajectoires circulaires de la particule chargée dans un champ magnétique uniforme, donc à chaque tour elle reçoit une impulsion d'un champ électrique. Pour accroître l'énergie des particules, les grands accélérateurs sont dotés d’aimants supraconducteurs. On appelle “collisionneurs” les accélérateurs dont les particules qui circulent dans les deux sens entre en collision. 13 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie BUTS : ¾ L’étude de la structure de la matière ¾ Les énergies atteintes avoisinent les conditions du big bang DONC : ¾ Les accélérateurs permettent l'étude de l'infiniment petit comme de l'infiniment grand, par conséquent de l'Univers et de son histoire. Quelques accélérateurs : Cyclotron : Accélérateur circulaire de particules utilisant un champ magnétique fixe et un autre alternatif de fréquence constante. Synchrocyclotron : Analogue au précédent mais dans lequel est établi le synchronisme entre la fréquence du champ accélérateur et la fréquence de rotation des particules. Dans ces deux cas le champ magnétique provoque une courbure spiralée de la trajectoire des particules. Synchrotron : (à protons ou électrons) Accélérateur de particules dans lequel le champ magnétique croît avec la vitesse des particules. Cette fois-ci la trajectoire est circulaire. Particule : définition du dictionnaire Hachette 2002 Phys. - La physique des particules, constituée vers le milieu des années 1930, professe que l’atome est constitué d’un noyau entouré de particules porteuses d’une charge électrique négative (les électrons), le noyau étant lui-même un assemblage de particules env. 1800 fois plus massives que l’électron (le neutron, dépourvu de charge électrique, et le proton, de charge positive), et que la lumière est constituée de photons, de masse nulle. Hormis le neutron, dont la durée de vie est de 920 secondes, les particules citées ci-dessus sont toutes stables, c.-à-d. ont une durée de vie infinie. La construction, à partir de 1945, d’accélérateurs de particules de plus en plus performants a permis de découvrir un très grand nombre de particules instables et l’on a classé les particules en fonction de la nature des interactions qu’elles subissent ou qu’elles transmettent. Les particules de matière (électron, proton, neutron, etc.) subissent diverses interactions qui sont véhiculées par des particules de champ. Par ex., le photon est le véhicule (on dit aussi le médiateur) de l’interaction électromagnétique. Les particules de matière qui subissent l’interaction forte sont appelées hadrons, celles qui y sont insensibles sont des leptons. Les particules peuvent être aussi classées suiv. leur comportement statist. en fermions et bosons. On est amené à subdiviser ainsi la famille des hadrons: les baryons (protons, neutrons, diverses particules massives appelées hypérons) sont des fermions; les mésons (pion, kaon, rhô, etc.) sont des bosons. À partir des années 1960, on a découvert que les hadrons sont constitués d’entités plus élémentaires qui 14 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie ont reçu le nom de quarks. À chaque particule citée ci-dessus correspond une antiparticule de même masse et de charge opposée. Accélérateur : définition du dictionnaire Hachette 2002 Phys. nucl. - Un accélérateur de particules est un appareil qui permet de communiquer à des particules électriquement chargées une grande énergie cinétique et de les diriger sur une cible (matière solide, liquide ou gazeuse) pour en briser les noyaux atomiques, soit en vue d’étudier leur structure, soit en vue de créer d’autres particules. On accélère les particules soit par un champ électrique seul, soit par un champ électrique associé à un champ magnétique. Dans le premier cas, l’accélérateur est linéaire, sa longueur pouvant atteindre plusieurs kilomètres. Dans le deuxième cas, le champ magnétique provoque la courbure de la trajectoire de la particule, qui devient soit spiralée (cyclotron ou synchrocyclotron), soit circulaire (bêtatron, synchrotron à électrons ou à protons). V. collisionneur : Accélérateur de particules dans lequel entrent en collision deux faisceaux circulant en sens opposés. CHAMBRE À BROUILLARD Système de visualisation des trajectoires des particules cosmiques et radioactives, cet appareil a été inventé en 1912 par le physicien anglais Charles Thomson Rees Wilson. La chambre de Wilson est un détecteur physique de particules constitué d’une enceinte contenant une atmosphère saturée de vapeur d’alcool. La moindre perturbation suffit à condenser cette vapeur en fines gouttelettes visibles. Les particules [alpha, bêta, proton, muon cosmique] qui traversent ce brouillard laissent une trace de condensation à leur passage. Ces particules ont différentes origines: muons venus du cosmos, radioactivité naturelle des roches, radioactivité artificielle issue d’expériences. En plaçant une légère source de radioactivité dans l’appareil, l’activité accrue des particules est immédiatement visible. La chambre à brouillard est le premier des détecteurs permettant la visualisation des trajectoires des particules. Détecteurs physiques de particules : Chambre à brouillard, chambre à bulles, chambre à étincelles Détecteur électronique de particule : Chambre à fils, ou chambre de Charpak 15 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie LE DÉTECTEUR ALEPH Le détecteur se trouvait à 140m sous le territoire de la commune d’Echenevex (F) ses dimensions sont approximativement de 12 X 12 X 12m3 et son poids était d’environ 3000 tonnes, Il était une des expériences du LEP, le plus grand collisionneur du monde dont l’anneau occupait un tunnel de 27 km de circonférence, creusé au pied du Jura entre 45 m et 175 m au-dessous du niveau du sol. Il pouvait accélérer les électrons et les positons dans des directions opposées, à des énergies pouvant atteindre cent milliards d’électron-volts (100GeV), correspondant à une énergie disponible de 200GeV par collision : de quoi produire des bosons Z et W. Les faisceaux d’électrons et de positons circulent séparément dans un même tube à vide d’environ 10 centimètres de diamètre. Ils entrent en collision en quatre points de l’anneau, là où se trouvent les quatre grands détecteurs de particules, dont ALEPH. Les expériences menées ont pour but de fournir de nouvelles connaissance sur la structure de la matière, sur ses constituants fondamentaux et les forces qui les lient. Aleph a permis d’enregistrer des millions de collisions depuis 1989, toutes analysées par ordinateurs comme le représente la photo d’écran, où l’on voit une collision réelle entre un positon et un électron. Cette expérience est le fruit d’une collaboration entre plus de 30 Universités et laboratoires européens ainsi que d’autres de Chine et des Etats-Unis et du travail de plusieurs centaines de physiciens. SEGMENT DE LA TPC, CHAMBRE À PROJECTION TEMPORELLE La face interne qui est présenté ici est revêtue de très fins fils de cuivre qui détectent les particules et enregistrent sur des ordinateurs, via les multiples connexions qui le relient à des terminaux, tous les mouvements et collisions qui se passent à l’intérieur de la chambre. La Chambre à projection temporelle faisait partie de l’expérience Aleph et a été démantelée fin 1999 début 2000 à l’occasion du démontage de l’anneau du LEP (Large Electron Positon collider). 16 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie LES PANNEAUX HISTORIQUES DU CERN Panneau1 : 1954 Le 17 mai débute la construction des bâtiments du CERN, Conseil européen pour la recherche nucléaire. Exemple remarquable de collaboration internationale né dans l'Europe de l'aprèsguerre, la Convention constitutive de ce qui deviendra le plus grand centre mondial de la recherche en physique des particules est signée par 12 pays. Situé sur la commune de Meyrin (GE) le futur laboratoire est construit à cheval sur la frontière franco-suisse. Panneau 2 : 1957 Construction du synchrocyclotron, premier accélérateur de particules du CERN. Il a été en service jusqu'en 1990. 1959 Le synchrotron accélère pour la première fois des protons le 24 novembre 1959. Continuellement adapté, il demeure toujours au centre du complexe des accélérateurs du CERN. Panneau 3 : 1968 : Georges Charpak invente un détecteur entièrement électronique, la chambre à fils dite communément « chambre de Charpak » qui révolutionne la physique des particules et est la base des détecteurs modernes. Ce nouveau détecteur permet un traitement informatique des résultats des collisions de particules observées dans les collisionneurs des accélérateurs. 1971 Première mondiale : collisionneur de proton/proton est mis en service. 17 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Panneau 4 : 1973 La découverte des courants neutres en utilisant des faisceaux de neutrinos dans la chambre à bulles “Gargamelle” confirme la théorie électrofaible. (Le neutrino entre dans la chambre à bulle, expulse d’un atome un électron qui va en exciter d’autres. Les ronds lumineux sont les lampes qui éclairent la chambre à bulles). 1973 La chambre à bulles “Gargamelle” en construction au CERN. Ce type de détecteur physique de particules a été inventé en 1952 par le physicien américain Donald Glaser. Il permet la détection de particules très petites. Panneau 5 : 1974 Le SPS, Super synchrotron à protons, de 7 km de circonférence, démarre et devient le premier accélérateur transfrontalier. Le SPS fut doté d'un système de contrôle futuriste pour l'époque, comportant 24 petits ordinateurs de commandes répartis dans le tunnel et la salle de contrôle et communiquant via un système de transmission à débit élevé. La salle de commande principale ne comptait que quatre consoles au lieu des quantités d'appareillages électroniques habituellement utilisées. Panneau 6 : 1983 La découverte des bosons prédits par la théorie était le fruit d'un effort considérable. Il avait fallu que le CERN innove dans les domaines de la technologie, en particulier qu'il fasse des progrès décisifs dans les techniques de collecte et de contrôle de l'antimatière, qu'il convertisse le SPS en collisionneur proton-antiproton et qu'il construise deux nouveaux détecteurs. 1984 Carlo Rubbia et Simon van der Meer reçoivent le Prix Nobel de physique pour la découverte des bosons W et Z, particules messagères de l'interaction faible. 18 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Panneau 7 : 1986 L'excavation du LEP fut la plus formidable entreprise de génie civil de l'histoire du CERN et le plus vaste chantier européen avant le tunnel sous la Manche. Implanter un anneau souterrain de 27 kilomètres entre la chaîne du Jura et le Lac Léman ne fut pas facile. Après plusieurs tracés, l'anneau se situa finalement à la lisière du Jura. Un problème géologique conduisit cependant à incliner le plan du tunnel de 1,4 %, ce qui fit du LEP, un collisionneur incliné. 1989 Le LEP, le grand collisionneur électron-positon, démarre. Le choix de sa circonférence, 27 km, était lié au phénomène du rayonnement synchrotron. Lorsque les trajectoires des électrons chargés sont courbées, ils émettent un rayonnement, et perdent de l'énergie. Plus le rayon d'incurvation est grand, moins la perte d'énergie est importante Panneau 8 : 1990 En 1989, Tim Berners-Lee (photo), un jeune scientifique travaillant au CERN, rédigea une proposition de système de gestion de l'information utilisant l'Internet, qui consistait à réunir ce réseau, les ordinateurs personnels et la lecture assistée par ordinateur, appelée hypertexte. En 1990, il fut rejoint par Robert Cailliau et le développement du Web commença sérieusement. 1993 Si la nature tend à privilégier la matière, cela pourrait expliquer l'absence d'antimatière dans l'Univers. Les physiciens recherchent donc les rares cas où matière et antimatière se comportent différemment afin de déceler ce qui fait défaut dans la théorie. L'expérience NA31, menée au CERN, a mis en évidence un tel déséquilibre, appelé violation directe de CP. Ses résultats, présentés pour la première fois en 1993, ont montré que lorsque des mésons K et leurs antiparticules se désintègrent, la matière est très légèrement favorisée. 19 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Panneau 9 : 1999 Les travaux de génie civil pour la mise en place du LHC (Large Hadron Collider) débutent. L'exploitation du LEP se termine en 2000 pour laisser place au LHC, qui continuera à tester le modèle standard. En leur temps, le LEP et ses quatre détecteurs étaient ce qui s'était fait de plus grand dans la science lourde, tant du point de vue de la taille des détecteurs que de celle des collaborations internationales qui les avaient produits. ALEPH contenait en son centre une chambre à projection temporelle - la plus grande du monde pendant des années - qui lui permettait de déterminer la direction et les impulsions des particules chargées avec une précision extrême. L'expérience est aussi devenue célèbre pour son logiciel novateur de visualisation des collisions de particules. Panneau 10 : 2000 Le plasma des quarks et des gluons, un état de la matière qui aurait existé juste après la création de l’Univers est approché. 2002 Des milliers d’atomes d’antihydrogène sont produits et mesurés pour la première fois Panneau 11 : L’avenir 2007 Installé dans les 27 km de l’anneau précédemment creusé pour l’ancien accélérateur du CERN, le LEP, le LHC (Large Hadron Collider - Grand collisionneur de hadrons, particules caractérisées par des interactions fortes), le plus grand et puissant accélérateur de particules au monde, sera mis en service... ... avec ses quatre grandes expériences, ALICE, ATLAS, CMS et LHCb. 20 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Extrait des propos du 2 décembre 2004 Le titre choisi, L’Echo du ciel, fait référence au rayonnement fossile qui demeure dans l’espace et qui a été découvert en 1965 par les radioastronomes américains Penzias et Wilson et que l’on peut entendre dans l’exposition. L’articulation se situe entre la cosmologie et l’astrophysique, puis la physique des particules. Depuis l’aube des temps, les hommes ont cherché à comprendre l’Univers et à en découvrir son organisation. Soumis à la succession des jours et des nuits, à celle des saisons, ils ont voulu maîtriser le temps et son écoulement. La première des horloges est le ciel vers lequel ils ont tourné leur regard pour organiser leur vie. La rotation de la terre a pendant longtemps été la seule référence du fractionnement du temps et ceci bien avant l’invention des premiers mécanismes horlogers permettant la division du jour en périodes égales. Jusqu'à il y a peu, c’était encore la rotation de la terre qui donnait la meilleure précision de l’heure puisque la seconde était définie comme la 86’400e partie du jour solaire moyen. Redéfinie en 1967 à la Conférence générale des poids et mesures comme «la durée de 9'192'631’770 périodes de la radiation électromagnétique correspondant à la transition entre deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133», ….la seconde s’éloignait définitivement de la cosmologie : le temps échappait aux astronomes pour appartenir aux physiciens C’est pourquoi, l’exposition est construite en trois temps dans un lieu particulier pas toujours bien exploité muséalement parlant. : Premièrement : • La galerie avec la grande lunette astronomique grâce à laquelle les horloges étaient contrôlées et réglées aux passages des étoiles, les horloges d’observatoire qui précisément en leur qualité d’horloges mères distribuaient l’heure exacte, puis la maquette de l’horloge atomique à césium et enfin le GPS Pour inviter les visiteurs à rejoindre cette galerie et l’exposition L’Echo du ciel, une succession de huit modèles de l’Univers réalisés par M. Pascal Winkler rythme les 8 marches d’accès : depuis le modèle mythologique grecque en passant par le cylindre d’Anaximandre qui imagina les antipodes, les sphères d’Aristote et le modèle géocentrique de Ptolémée on arrive 15 siècles plus tard à la révolution Copernicienne, le modèle héliocentrique, parachevé par Kepler et les orbites elliptiques, enfin une vision des années 1930 avec les galaxies, dont la Voie lactée, en fuite dans l’espace et pour terminer l’imagination de l’Univers actuel : un grain de poussière parmi la poussière. 21 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Parallèlement à ces modèles vous pourrez regarder sur le sol la trace des orbites elliptiques des planètes du système solaire en traversant d’abord celle de Pluton la planète la plus éloignée du soleil en continuant par Neptune, Uranus, Saturne, Jupiter, Mars, la Terre, Vénus,Mercure et le soleil. Il s’agit d’une représentation des distances à l’échelle. Deuxièmement : • L’Echo du ciel qui évoque, le rayonnement fossile capté en 1965 par Arno Penzias et Robert Wilson par une gigantesque antenne à cornet destinée à écouter Telstar et les autres satellites de communications. Ils travaillaient pour les Bell Telephone Laboratories et ils ont capté un son parasite qu’ils ont essayé dans un premier temps d’éliminer : en démontant complètement leur antenne, en la nettoyant de toutes les fientes de pigeons qui pouvaient la salir, etc. mais sans succès. Ils ont été obligé, et heureux, de constater qu’ils avaient capté le rayonnement fossile dont beaucoup de physiciens parlaient depuis près de 30 ans. La suite de la visite se passe dans la cage d’escalier qui monte au beffroi. Dans le couloir d’entrée est repris le système solaire, cette fois-ci, il ne s’agit plus des distances entre les planètes mais d’une comparaison des dimensions des planètes du systèmes solaire : placée sur une portion de l’astre depuis l’entrée dans l’ordre d’éloignement du soleil, elles sont toutes représentées à l’échelle. Au bas de la cage d’escalier, un écran présente une bande video retraçant 50 ans d’histoire du CERN, principalement des moments d’exceptions que cette institution à vécue : les grandes constructions, les grandes expériences, les moments d’émotion lors de la remise des Prix Nobel à des physiciens du Cern, etc. Puis à côté de la photographie de Arno Penzias et Robert Wilson un lecteur de CD permet aux visiteurs d’entendre le BIG BANG, ou du moins la reconstitution en onde sonore radio de ce son résiduel. Chaque palier est ensuite illustré par des tableaux présentant des portraits de philosophes, d’astronomes, de physiciens et d’astrophysiciens qui ont par leurs travaux et découvertes apporté des compléments aux modèles de l’Univers ceci depuis l’Antiquité grecque, en passant par les temps modernes, les 19ème et 20ème siècle et enfin les théoriciens du big bang. Le choix n’est pas exhaustif, très loin s’en faut. Il manque dans cette cage d’escalier un élément capital et ludique qui sera bientôt mis en place, un boulier géant qui circulera entre les rampes. Les visiteurs seront invités à prendre une sphère (dont les contenus seront une vraie découverte en soi) au bas de l’escalier et à la glisser en haut dans le boulier, test amusant qui permet d’entrevoir ce qu’est l’accélération de particules. 22 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie Troisièmement : • Débouchant de l’escalier on arrive dans le beffroi, construit tel un observatoire antique, qui permet de voir le carillon et accueille la partie de l’exposition consacrée au CERN et à la physique des particules. Au centre de l’espace, une chambre à brouillard, détecteur physique de particules, unique dans le canton et loin à la ronde, permet de voir les particules cosmiques qui nous bombardent sans douleur et sans conséquences apparentes. Sur le côté droit 11 panneaux retracent 50 ans d’histoire du CERN. Au fond, un poster présente le détecteur ALEPH et permet de se faire une idée de sa dimension, la maquette d’Aleph est accompagnée de différent documents et éclatés, un extrait du film Sur la trace des particules du CERN, explique le fonctionnement de ce microscope géant. Enfin le segment de la TPC, chambre à projection temporelle, reçu en 2001, complète cet espace. N’oublions cependant pas, le jeux interactif du CERN, Science Tech qui propose outre un quiz, des expériences sur les accélérateurs de particules, particulièrement sur le futur détecteur, le LHC, : les jeunes visiteurs sauront-ils inverser les aimants, accélérer les particules, nous n’en doutons pas et surtout espérons que des vocations prendront naissance ici au Musée international d’horlogerie rendant ainsi un peu au CERN l’hommage que nous lui devons pour tous les apports qu’il a faits à la science, médicale notamment par l’intermédiaire de la tomographie, des scanners et des appareils de traitements en oncologie. N’oublions pas non plus que si le monde entier peut communiquer par le biais d’Internet, du Web, les fameux trois w de la toile ont été inventés par un jeune chercheur du CERN, Tim Berners-Lee pour qui la communication était synonyme d’efficacité et de performance. Nicole Bosshart 23 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie La cosmologie grecque Thalès de Milet (-625-547) Mathématicien et philosophe, théorème. ¾ Premier modèle de l’Univers non mythologique. L’élément primordial est l’eau. Anaximandre (cf modèle) Pythagore (-570-480) Philosophe et mathématicien, théorème. ¾ Pensée diffusée par ses élèves et disciples. Parménide (-515-440) ¾ Il décrit le modèle pythagoricien de l’Univers. ¾ La terre est une sphère : hypothèse acquise grâce à l’observation : le bateau qui disparaît à l’horizon ou l’ombre portée de la terre sur la lune. ¾ Le soleil et la lune sont aussi des sphères. ¾ La lune est une boule terreuse illuminée par le soleil, ce qui explique les phases lunaires. ¾ L’obscurité est une absence de lumière produite par le soleil. Philolaos Evolution du modèle pythagoricien. ¾ La terre n’est pas immobile au centre de l’univers. ¾ Au centre il y a le feu central ¾ Autour de ce feu central, dans l’ordre il y a : l’anti-terre, la terre, la lune, les cinq planètes connues et visibles à l’œil nu(Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne) ¾ Le soleil ¾ Ceci représente 10 éléments, le 10 étant un chiffre clef pour les Pythagoriciens. ¾ Le feu central et l’anti-terre sont invisibles pour les hommes car toujours de l’autre côté de la terre. Anaxagore (-500-428) Philosophe et mathématicien. Il affirme que l’intelligence est le moteur de toute chose, particulièrement de l’Univers. ¾ Il affirme que la lune est une boule pierreuse ¾ Il donne la première explication des éclipses ¾ Condamné à mort par les Athéniens pour ses affirmations 24 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie A cette époque, l’'astrophysique devient «hors la loi», mais pas l'astronomie: il est permis, et même méritoire, de donner des mouvements célestes la description mathématique la plus précise possible, pourvu qu'elle respecte la «perfection» du ciel, de nature divine, et la distingue bien de l'imperfection terrestre. Socrate (-470-399) Philosophe grec connu par les écrits de ces disciples. ¾ Condamné à mort ¾ Sa devise : « Connais-toi toi-même » (gnoti seauton) Platon (-427-348) Philosophe, ami de Socrate et maître d’Aristote Eudoxe de Cnide (-406-355) Mathématicien, astronome et philosophe. Ami de Platon. ¾ Suite au décret athénien condamnant l’astrophysique, il améliore le modèle pythagoricien, en affirmant notamment la perfection de la sphère. ¾ Premier modèle géocentrique d’Univers ¾ Il développe un modèle de 27 sphères concentriques qui entourent la terre (pelure d’oignon) : Chaque astre à trois sphères d’axes différents qui permet de représenter son mouvement. Depuis ce moment et jusqu’à Ptolémée on a fait qu’améliorer le modèle. Héraclide du Pont (-390-310) Elève de Platon ¾ La terre est mobile et tourne autour d’un axe de rotation : sarcasme de son ancien maître et de ses contemporains : la terre tourne comme une toupie sur elle-même !! ¾ Mercure et Vénus tournent autour du soleil !! Aristote (-384-322) ¾ Il porte à 55 le nombre des sphères ¾ Monde sublunaire et supra lunaire ¾ Existence d’un premier moteur non mû de l’Univers. Aristarque de Samos (-310-230) ¾ Système basé sur l’héliocentrisme ¾ Calcul de la taille de la Lune grâce aux éclipses. Il a mesuré le cône d’ombre de la terre lors des éclipses et en a déduit la taille de la lune : trois fois moins large que la terre. (bonne estimation) ¾ Calcul des distances Terre-Lune : 25 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie « Si on connaît la taille de la Lune, on connaît aussitôt sa distance, car elle nous apparaît sous le même angle que, par exemple, une boule de 1 m de diamètre vue à 120 m: la distance Terre-Lune équivaut donc à peu près à 120 diamètres lunaires, soit 30 diamètres terrestres. Dès qu'Ératosthène, cinquante ans après les travaux d'Aristarque, aura mesuré la Terre, on connaîtra du même coup la taille et la distance de la Lune. » (d’après dict. multimédia Hachette 2002) Et Terre-Soleil « Quand la Lune est exactement au quartier (en forme de demi-cercle), les rayons du Soleil sont perpendiculaires à la direction Terre Lune. Le triangle Terre Lune Soleil est donc rectangle. On connaît son côté Terre Lune. Pour calculer les autres côtés, il suffit de mesurer l'angle que fait la direction Terre Lune avec la direction Terre Soleil. La méthode est ingénieuse, mais, comme le montrera Hipparque, inapplicable car l'éloignement considérable du Soleil rend l'angle à mesurer trop proche de 90°. La distance Terre Soleil ne sera calculée qu'au XVIIe siècle, à partir de mesures indirectes. » (d’après dict. multimédia Hachette 2002) Eratosthène (-284-192) Il mesure la circonférence de la terre. ¾ Il évalua avec grande précision la circonférence de la terre Apollonios de Perga (fin 3e début 2e) ¾ Tente de remplacer les sphères d’Eudoxe et d’Aristote par un système de cercles sur lesquels les planètes tournent (épicycles). Compensation des mouvements rétrogrades des planètes. Le système sera développé par Ptolémée. Hipparque (2e s. av. JC) ¾ ¾ ¾ ¾ Il a développé l’astronomie de position Il a calculé les éclipses de Soleil et de Lune Il a fait le premier grand catalogue d’étoiles Il a démontré l’inégalité des saisons 26 Nicole Bosshart Directrice adjointe Musée international d’horlogerie
