Reflets de la Physique n°56 jan/fév/mar 2018
Reflets de la Physique n°56 jan/fév/mar 2018
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°56 de jan/fév/mar 2018

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 48

  • Taille du fichier PDF : 4,2 Mo

  • Dans ce numéro : dossier sur Pierre-Gilles de Gennes et l'innovation.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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Journée scientifique La Gravitation Journée de la division Champs et Particules de la SFP La division Champs et Particules de la Société Française de Physique organise chaque année une journée thématique. La gravitation était à l’honneur le 22 novembre 2017 à l’université Paris-Diderot. Sous le regard croisé d’expérimentateurs et de théoriciens, cette rencontre a remarquablement mis en valeur la richesse et la diversité du sujet. La gravitation est l’une des premières manifestations de la nature dont nous prenons conscience. Elle est aussi la première inter action fondamentale à avoir été comprise et formulée de manière opérationnelle dès la fin du 17 e siècle. Révisée par Einstein pour être compatible avec sa vision nouvelle de l’espace-temps, la théorie newtonienne de la gravitation aboutit à la relativité générale en 1915. La relativité générale repose sur un édifice mathématique sophistiqué. Il fallut attendre les années 1960 pour commencer à entrevoir la portée physique de cette théorie, grâce à la découverte de phénomènes astrophysiques exotiques (quasars, pulsars, fond diffus cosmologique, mirages gravitationnels, etc.) et à la maîtrise de la mesure précise du temps (horloges atomiques). Les vérifications expérimentales se multiplient alors. L’expansion accélérée récente de l’Univers est acquise dans les années 2000 [1] et l’observation directe des ondes gravitationnelles est enfin réalisée en 2015. À l’instar des ondes électromagnétiques, les ondes gravitationnelles définissent leur propre spectroscopie. Encore à ses débuts, celle-ci surprend par le nombre et par la variété des analyses qu’elle est capable d’effectuer  : en moins deux ans, coalescence de cinq binaires de trous noirs de quelquesunes à quelques dizaines de masses solaires [2, 3] et fusion d’un binaire d’étoiles à neutrons, dans la gamme de fréquences de 10 Hz à 1 kHz. Une large part de la journée a été consacrée à ce sujet, à commencer par ses aspects théoriques, qui s’articulent autour des équations d’Einstein. Celles-ci décrivent l’évolution non linéaire d’un système et ne peuvent être résolues exactement, même pour un simple binaire d’étoiles. Diverses méthodes perturbatives sont élaborées et sont complétées par des approches de relativité numérique. Le but est de fournir une caractérisation aussi fine A38 Reflets de la Physique n°56 que complète d’un signal gravitationnel et de sa source. Lorsque la source est un binaire d’étoiles à neutrons, le signal obtenu dépend de l’équation d’état de la matière hadronique, sujet encore largement débattu – et discuté pendant la journée thématique. Les découvertes sont rendues possibles aujourd’hui moyennant un réseau de détecteurs interférométriques développé au sein des collaborations LIGO et Virgo, et ce après deux décennies d’améliorations continues [3]. Au nombre de trois, les détecteurs LIGO-Virgo seront multipliés au cours des dix années à venir, avec de nouvelles installations en Europe, aux USA, en Inde et au Japon. Ceci permettra de localiser avec plus de précision les sources des ondes gravitationnelles observées et répondra mieux aux multiples enjeux de la spectroscopie gravitationnelle  : (i) être en mesure de sonder un volume d’Univers aussi grand que possible, (ii) avoir une sensibilité satisfaisante dans une large gamme de fréquences, (iii) corréler efficacement les signaux gravitationnels aux autres signaux émis lors d’une fusion d’objets compacts, (iv) extraire de ces signaux une information utile en cosmologie ou en astrophysique. Plusieurs exposés ont permis de faire le point sur ces questions, ainsi que sur des projets qui dépassent LIGO-Virgo, comme la mission spatiale LISA et son démonstrateur technique LISA Pathfinder, adaptée aux signaux de fréquence inférieure à 100 mHz, ou encore les systèmes de réseaux de pulsars (Pulsar Timing Arrays), qui permettraient de descendre sous le seuil de 10 -7 voire 10 -9 Hz. Quoiqu’en accord avec tous les tests réalisés à ce jour, la description de la gravitation par la relativité générale soulève encore des questions qui méritent un examen approfondi. A-t-on vraiment
observé l’horizon d’un trou noir ? Est-on certain que matière et antimatière tombent de la même façon dans un champ de gravitation ? À quel degré de précision le principe d’équivalence est-il éprouvé ? Des expériences en cours et à venir (Microscope pour le principe d’équivalence [4], Event Horizon Telescope et Gravity pour les trous noirs et leurs horizons, GBAR pour l’interaction gravitationnelle de l’antimatière) apporteront sans doute des éléments de réponse. Enfin, ont été abordés deux sujets situés au cœur des études théoriques réalisées depuis quelques dizaines d’années. Le premier, et le plus ancien, concerne l’ouverture de l’interaction gravitationnelle au monde quantique  : comprendre le comportement microscopique,i.e. à l’échelle de Planck, 10 -33 cm. Le second, situé aux antipodes, consiste à modifier la théorie aux échelles cosmiques. Un tel amendement à la relativité générale permettrait peut-être de s’affranchir de l’énergie et/ou de la matière sombres, pierres angulaires de la cosmologie moderne qui suscitent pourtant de nombreuses interrogations. La journée du 22 novembre 2017 a réuni une centaine de participants. Elle a permis de mettre en évidence la variété des thèmes abordés et l’implication internationale des laboratoires concernés. Sur les plans à la fois théorique et expérimental, la gravitation passionne et promet un avenir dynamique. Références Marios Petropoulos (marios.petropoulos@polytechnique.edu) Centre de Physique Théorique, École polytechnique, 91128 Palaiseau 1 N. Palanque-Delabrouille etC. Yèche, « Changement de rythme dans l’expansion de l’Univers », Reflets de la physique 51 (décembre 2016) 12-17. 2 Luc Blanchet, « Les ondes gravitationnelles, cent ans après Einstein », Reflets de la physique 52 (février 2017) 6-12. 3 Nicolas Arnaud, « Les premières détections des ondes gravitationnelles », Reflets de la physique 52 (février 2017) 14-20. 4 Voir la Brève, « Les premiers résultats de MICROSCOPE confirment la validité du principe d’équivalence avec une précision inégalée », dans ce numéro, p.25. Les contributions des orateurs de la journée sont disponibles sur le site  : https://indico.in2p3.fr/event/16495/contributions/Prix scientifique Au sein et autour de la SFP Prix Jean-Louis Laclare 2017 de la SFP (physique des accélérateurs)  : Clément Évain Clément Évain est né en 1982. Après des études de physique, il effectue une thèse à l’Université de Lille, à l’interface entre la physique des accélérateurs et la physique non linéaire. De 2009 à 2011, il continue son activité de recherche au Synchrotron SOLEIL. Depuis 2011, il est Maître de conférences au Laboratoire PhLAM de l’Université de Lille. Clément Évain a effectué un ensemble de travaux remarquables, en utilisant des approches originales associant physique des accélérateurs, lasers, photonique et dynamique non linéaire. Un des objectifs principaux de ses travaux est de comprendre et de maîtriser la production de rayonnement cohérent dans les sources de rayonnement synchrotron. Ses premiers travaux de recherche ont été effectués dans le cadre d’une collaboration entre le PhLAM (Physique des Lasers, Atomes et Molécules) et le centre de rayonnement synchrotron japonais UVSOR. Ils ont immédiatement mené à une première dans le domaine  : la possibilité de maîtriser la production de rayonnement térahertz cohérent, en manipulant des paquets d’électrons au moyen d’impulsions laser. Ensuite, il a effectué une activité de recherche au Synchrotron SOLEIL sur deux sources de rayonnement cohérent très différentes. Il a démarré une activité sur les lasers à électrons libres (LEL) VUV etX, en particulier en relation avec le projet français LUNEX 5. En parallèle, il a entrepris une étude systématique d’une instabilité qui affecte spontanément les paquets d’électrons relativistes dans les accélérateurs d’électrons  : l’instabilité de micropaquet. Un des objectifs principaux était de comprendre, modéliser, et tenter de maîtriser cette instabilité, afin de l’utiliser pour produire du rayonnement synchrotron cohérent stable, utilisable comme source de rayonnement térahertz. Ses résultats et les savoir-faire qu’il a développés et su transmettre ont fortement marqué la recherche sur le rayonnement synchrotron cohérent, au niveau national (au PhLAM et à SOLEIL) et au niveau international. Ses activités actuelles concernent l’étude du contrôle des instabilités qui apparaissent dans les paquets d’électrons relativistes, et l’observation par des méthodes de mesures photoniques ultrarapides, comme la photonique par étalement temporel. Le prix Jean-Louis Laclare a été fondé en 1998 par la division Accélérateurs de la Société Française de Physique (http://accelerateurs.fr/) avec le double objectif de récompenser un-e physicien-ne pour ses travaux remarquables en physique des accélérateurs de particules. Ce prix, décerné tous les deux ans lors des Journées Accélérateurs de la SFP, s’adresse à de jeunes physicien-ne-s dont les travaux ont été reconnus particulièrement novateurs et/ou approfondis. Reflets de la Physique n°56 39



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