La Relativité à l’épreuve de l’expérience

1818-50: Fresnel,Fizeau1880: Michelson-Morley1960: Chocs de billes*1940: Muons atmosph.*

1919: Sir A.Eddington 1960: Pound et Rebka*1980: Ondes gravitationnelles (PSR1913+)

Ole Römer, élève de J.Picard

Prend le contrepied de G.Cassini, Directeur de l’Observatoire Royal,(et auteur des fameuses Tables)

Römer prétend que le retard des éclipses d’Io est dû à la finitudede la vitesse de la lumière

chlorophylle

1869: découverte, dans les raies duSoleil, d’un élément inconnu sur Terre:

l’hélium.

1830: A.Comte…

1851: Kirchhoff !

Code-Barre !

Edwin Hubble: II

v = 10000 km/s (!)

Effet Doppler: ’/=1+v/c

1924

galaxies lointaines: spectre décalé !

Hippolyte Fizeau (1819-1896)

1851: Vérifie la formule de Fresnel (« entrainement partiel de l’éther »)

=1ère loi relativiste !! 1-1/n2

1849: 1ère mesure terrestre de c (> O.Roemer et J.Bradley)

TL v’=(v-u) /(1-uv/c2)

u

(R’)

(2c.t)2-(2vT.t)2=(2c.t’)2

u

(R’)

vT = 30 km/s (=10-4)

x=(x’+u.t’) t=(t’+x’u/c2)

x’1=x’2 in (R’) x’=0 t=t’

Transf.Lorentz:x’=(x-u.t)t’=(t-xu/c2)

(tps propre = le plus court)

La Relativité dans les chambres à bulles

• Trois expériences particulières: chocs « p dans H2 », « d dans D2O » ou «  dans He » sont des chocs de type « billard »

• Ces trois projectiles sont disponibles dans les cyclotrons les plus anciens (Lawrence,1932)

• Ces trois types de cibles sont exploitables en chambres à bulles (Glaser, 1956)

• Les masses M1 et M2 sont égales: l’angle des particules émergentes est un angle droit parfait (aux faibles vitesses)

• Aux vitesses très élevées, l’angle se resserre, en adéquation parfaite avec les équations de la Relativité Restreinte

La Relativité dans les accélérateurs

• Depuis le cyclotron de E. Lawrence (1932) jusqu’à l’expérience LHC (2007), les énergies ont été multipliées par un facteur 500000 (de 2 MeV à 1000 GeV).

• L’énergie augmente, mais la vitesse des particules « plafonne » à la vitesse-limite c=300 000 km/s

• Des pions de vitesse « c » émettent des photons: vphot= c ! La règle d’addition des vitesses est sévèrement modifiée... ce qui explique la vieille formule de Fizeau 1-1/n2.

• Les particules accélérées ressentent la Contraction des Longueurs: pour un électron du L.E.P., les 30 km de circonférence de la machine ne sont plus que 150 m.

• La dilatation du temps impose de remplacer le cyclotron par un synchro-cyclotron

La Relativité dans la Nature

• Le bombardement des rayons cosmiques sur la haute atmosphère produit des muons () qui arrosent la Terre.

• Un ne vit que 2.2 microsecondes: pendant cette courte vie, il ne devrait parcourir que 600 m…

• Ces atmosphériques (99,8% de la vitesse de la lumière) franchissent pourtant 15 km jusqu’au sol…

• Pour nous, c’est une expérience de Dilatation du Temps : ces muons relativistes vivent 30 fois plus longtemps.

• Pour le c’est une Contraction des Longueurs: l’épaisseur apparente d’atmosphère à traverser n’est que de 600 m !!

+ He He

Source = 218Po 7 MeV = NON-relativistes = 90° (et donc ==He!)

Chocs de billes

Ingrédients: 1) Cyclotron (Lawrence 1932) = 2 MeV… Cosmotron (Brookh, 1952, 2 GeV), Bevatron (Berkeley, 1954, 6 GeV), AGS (CERN,1959, 30 GeV) 2) Chambre à bulles (Glaser 1960)3) sur He, p sur H2, d sur D2O

G.Gamow, Mr.Tomkins in wonderland

Ions lourds ultra-relativistes (ALICE,2007)

wanted

Relativité

M.C.Escher

A.E

instein

t’= . 2,2 sx’=12 km

t =2,2 sx=600 m

muons haute atmosphère

p + N ..

puis

DEA IReS Strasb.2004

= 2.2 s (L=600m?)m = 105 MeV/c2

p= mv = 20 GeV = 200

L=c=15 km!

Rayonnement cosmique:

p 300 GeV 28 !

Relativité Générale

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

1915 !!

g ? géométrie !

Soleil,Trous Noirs..

+Univers !

L’éclipse de 1919

Les géomètres de l’Univers courbe

1915: Equations de la Relativité Générale

1917: Univers courbe, en expansion (De Sitter)

1919: Univers courbe, statique (Einstein)

1922: Univers courbe, dynamique (Alexander Friedmann)

1919

Conséquences testables

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

1907: Principe d’Equivalence

g = ou g’ = g+

Pb: localement seulement

Algèbre tensorielle !

Le Verrier

Newcomb

Einstein

Shapiro

1958Le p

b

1959

13 octobre 1993

• NOBEL pour Russell Hulse et Joseph Taylor• Pulsar PSR1913+16 (T=59 ms)• (1967: Jocelyn Bell & Anthony Hewish)• 1974-83: H&T trouvent 40 pulsars à Arecibo• PSR1913 est double: 2 étoiles à neutr.@ 1.4 Msol

• (Orb: 1.1-4.8 Rs) Av.périhélie >> Mercure: 4 deg/an • Torb= 7.8 h • Ralentissement: Torb=76 s/an • Accord avec émission ondes gravitationnelles: 1.2%• Rorb décroit: collision prévue dans 300 MA