Diapositive 1

1
Croque-Hubert 1 La physique (auprès) des
accélérateurs, kossé ça donne?
par Sylvie Brunet étudiante au doctorat,
UdeM (physique des particules, BaBar) 16 novembre
2006
2
Croque-Hubert PKOI????
Ce qui ma donné le coup de pied au nécessaire
vous, étudiants de 2e année!
qui avez demandé à M. Zacek si cétait vrai
 que la physique des accélérateurs navait rien
apporté de nouveau à la physique des particules,
quelle navait que confirmé ce quon savait
déjà  
3
Croque-Hubert PKOI????

• Bonne occasion de
• ressusciter les  croque-quarks  du bon vieux
  temps de mon BAC
• utiliser la popularité dHubert Reeves pour vous
  intéresser davantage au sujet
• vous parler un peu de ce quon fait au doctorat
• vous jaser de la physique des particules de
  façon relaxe, informelle et vulgarisée (ne vous
  gênez pas pour minterrompre si vous avez des
  questions!)
• - manger des beignes (sur le bras du
  département!)

4
Intro mon parcours
CEGEP au Vieux-Montréal - DEC en Arts
Plastiques - DEC en sciences de la Nature
??
BAC en physique à lUniversité de Montéal
(98-01)
Début de la maîtrise dans lexpérience BaBar en
2001 avec Paul Taras, Passage direct au doctorat
en 2002 - En tout, ai passé 3.5 ans en
Californie, Stanford Linear Accelerator Center
(SLAC), ou est située lexpérience BaBar (Fin du
doctorat prévue pour la fin de lannée, début
2007- yé!)
Pour communiquer avec moi V-236, sylvvv_at_gmail.com
5
Le SLAC Stanford Linear Accelerator center
6
Mini album photo Le SLAC
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Mini album photo Le SLAC
SLAC, Californie Nature exceptionnelle, soleil
éternel
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Retour sur les dires de Hubert Reeves
 la physique des accélérateurs na rien apporté
de nouveau à la physique des particules, elle na
que confirmé ce quon savait déjà  
Indignation!!!... Mais PKOI???
9
Retour sur les dires de Hubert Reeves
Au niveau   philosophique/éthique
Jamais bon (à mon humble avis) de tirer dans le
pied dune autre discipline
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Retour sur les dires de Hubert Reeves
Cest vrai que plusieurs des prédictions ont été
vérifiées en physique des particules mais
Cest en général considéré comme un énorme succès!
ET SURTOUT
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Retour sur les dires de Hubert Reeves
La théorie et lexpérimental se nourrissent
continuellement!
12
Retour sur les dires de Hubert Reeves
Au niveau scientifique
La physique auprès des accélérateurs nous a
apporté beaucoup (et continue de le faire même
sur les neutrinos !)

• Je le crois
• dautres étudiants le croient
• dautres profs le croient
• Mais bon qui sommes-nous à vos yeux pour
  contredire M. Reeves? -)
• Laissons donc les faits parler

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Ze Plan Mon  but  Vous prouver que la physique
auprès des accélérateurs a donné/donne/donnera
quelque chose

• Quelques considérations historiques
•  Bref  Survol du Modèle Standard
• La physique des accélérateurs, kossé ça (a) (va)
  donne (é) (er) ?
• Le présent Les neutrinos
• Le passé Belles réussites du Modèle Standard
• Le présent Les cosmétiques
• Le présent La différence matière-anti-matière
• Le présent, le futur Recyclage des
  accélérateurs
• Le futur Ce qui manque encore au modèle
  Standard
• Sondage auprès des profs
• Conclusion
• Réaction de M. Reeves aux Croque-Hubert

(cette présentation sera disponible sur le site
web des Croque-Hubert très bientôt)
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Le Modèle Standard (70)
Le Modèle Standard Décrit les particules
fondamentales et leurs interactions
Tente de répondre aux questions
fondamentales   De quoi le monde est-il
fait?   Quest-ce qui tient tout ensemble?
Information vulgarisée intéressante sur la
physique des particules http//www.particleadvent
ure.org/
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Historique incomplet de la physique des particules
Une histoire somme toute assez récente
PRIX NOBEL RELIÉS À LA PHYSIQUE DES
PARTICULES 2006 - John C. Mather, George F.
Smoot 2005 - Roy J. Glauber, John L. Hall,
Theodor W. Hänsch 2004 - David J. Gross, H.
David Politzer, Frank Wilczek 1999 - Gerardus 't
Hooft, Martinus J.G. Veltman 1995 - Martin L.
Perl, Frederick Reines 1992 - Georges Charpak
1990 - Jerome I. Friedman, Henry W. Kendall,
Richard E. Taylor 1988 - Leon M. Lederman,
Melvin Schwartz, Jack Steinberger 1984 - Carlo
Rubbia, Simon van der Meer 1980 - James Cronin,
Val Fitch 1979 - Sheldon Glashow, Abdus Salam,
Steven Weinberg 1976 - Burton Richter, Samuel
C.C. Ting 1969 - Murray Gell-Mann 1968 - Luis
Alvarez 1965 - Sin-Itiro Tomonaga, Julian
Schwinger, Richard P. Feynman 1961 - Robert
Hofstadter, Rudolf Mössbauer 1960 - Donald A.
Glaser 1959 - Emilio Segrè, Owen Chamberlain
1958 - Pavel A. Cherenkov, Ilja M. Frank, Igor
Y. Tamm 1957 - Chen Ning Yang, Tsung-Dao Lee
1950 - Cecil Powell 1949 - Hideki Yukawa 1948
- Patrick M.S. Blackett 1939 - Ernest Lawrence
1936 - Victor F. Hess, Carl D. Anderson 1935 -
James Chadwick 1927 - Arthur H. Compton, C.T.R.
Wilson 1923 - Robert A. Millikan 1921 - Albert
Einstein 1906 - J.J. Thomson 1903 - Henri
Becquerel, Pierre Curie, Marie Curie 1901 -
Wilhelm Conrad Röntgen
16
Bref Survol du Modèle Standard
17
Bref Survol du Modèle Standard
Jai trouvé sur le web le ZOO du M.S.!
Masses Relatives des Particules
18
Bref Survol du Modèle Standard
Donc le Modèle Standard (dont le véritable
langage est la théorie des champs quantiques) est
une théorie (assez simple) basées sur les
symétries de la nature qui explique énormément de
phénomènes observés en physique des particules
avec une précision incroyable.
MAIS
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Bref Survol du Modèle Standard
MAIS!

• Il ne sest pas bâti uniquement à coups de
  réflexions

Le MS est issu des échanges Théorie-Expériences

• Découverte des électrons, noyaux, protons,
  neutrons etc
• Expérimentation compréhension de
  lélectromagnétisme
• Observation de la radioactivité
• Observation des pions (couronnement de la
  théorie de Yukawa)
• Découvertes des premiers quarks dans les années
  60
• etc, etc, etc
• Les théories ne sont pas définitives et se
  modifient au fil des résultats expérimentaux

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Bref Survol du Modèle Standard
MAIS!

• Il nexplique pas tout

Plusieurs mystères demeurent

• Pourquoi 3 générations de particules?
• Pourquoi vivons-nous dans un monde de matière et
  non danti-matière?
• De quoi est constituée la matière sombre?
• Pourquoi les particules ont-elles la masses
  quelles ont?
• Est-ce que les quarks et les leptons sont
  vraiment des particules fondamentales?
• De quel type est la masse des neutrinos?
• Pourquoi la gravité est elle si faible par
  rapport aux autres forces? Doit-on rêver de la
  grande unification?
• etc etc

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Bref Survol du Modèle Standard
MAIS!

• Il contient plusieurs paramètres dont il ne
  prédit pas la valeur

Certains paramètres ne sont pas prédits par le MS

• Par exemple
• La masse des particules dont la masse du
  (recherché) boson de Higgs
• La fréquence de changement de famille des quarks
  (mon champ détude)
• La valeur des constantes de couplage

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Bref Survol du Modèle Standard
Le Modèle Standard Ultra performant jusquà
maintenant!
Mais, imparfait, incomplet Nécessité de mesurer
ses paramètres libres avec précision, de trouver
ses composantes manquantes (Higgs) mais aussi
daller au-delà du Modèle Standard car plusieurs
choses restent inexpliquées
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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
?
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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
?
?

• Les Neutrinos
• (présent)

?
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?
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?
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour les neutrinos???
La connaissance expérimentale que nous avons sur
les neutrinos proviennent de plusieurs grandes
familles dexpérience.
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour les neutrinos???
VS
Cest pas laxe du bien et laxe du mal toutes
ces sources sont complémentaires, plus on a
dinformations plus on est heureux (il y a tant à
mesurer et à comprendre!)
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour les neutrinos???
Un exemple concret et dactualité Lexpérience
MiniBooNE (http//www-boone.fnal.gov/)

• En 1995 Lexpérience LSND (Los Alamos) voit un
  signal fort qui pourrait sapparenter à de la
  nouvelle physique
• (4e génération de neutrinos?!!??)

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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
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2) Confirmation du MS (passé)
?
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour la confirmation du Modèle Standard???
La théorie de Glashow-Weinberg-Salam (prix Nobel)
avait prédit (1967) la présence des bosons
massifs W et Z0
Ce sont les médiateurs de la force faible entre
les quarks et les leptons
30
La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour la confirmation du Modèle Standard???
Ils furent observés au CERN (Genève), expériences
UA1 et UA2 en 1982-1983 (Prix Nobel)
Collisions proton-anti-proton ayant une énergie
au centre de masse de 540 GeV, accélérateur
modifié exprès.
Particules instables Observées via leurs
désintégrations
31
La physique des accélérateurs kossé ça donne
pour la confirmation du Modèle Standard???
Petit problème Pour chaque événement contenant
un Z/W, il y en a 107 autres Comment faire pour
extraire le signal? Le fait que les W,Z sont très
massifs donnent des leptons très énergétiques
Cest leur signature! Comment faire pour  voir 
le neutrino? On regarde ce qui manque!
Ils furent observés au CERN (Genève), expériences
UA1 et UA2 en 1982-1983 (Prix Nobel) Z 12
événements!! W 43 événements
Leur masse fut mesurée avec précision au LEP
(collisionneur e e-, CERN , Genève) quelques
années plus tard.
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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
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3) Les cosmétiques
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Les cosmétiques
Lu hier dans un wagon de métro
 Le grand secret dune peau lisse réside dans
linfiniment petit 
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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
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3) La différence matière-anti-matière (présent)
?
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour la compréhension de la différence
matière-anti-matière???
Première raison dêtre de  mon  expérience BaBar
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour la compréhension de la différence
matière-anti-matière???
Peu après le Big Bang, la matière et
lanti-matière se seraient anhilées matière
anti-matière lumière Comment notre existence
(faite de matière) a-t-elle possible? Y avait-il
juste un petit peu plus de matière? (il semble
plus  naturel den avoir égal au départ)
Ou est-ce que la matière et lanti-matière
agissent différemment?
En 1967, Andrei Sakharov propose 3 conditions qui
pourraient expliquer cet excès de matière . Une
de ces 3 conditions est la violation CP quil
faut mesurer expérimentalement.
Pisma Zh.Eksp.Teor.Fiz.532-35,1967, JETP
Lett.524-27,1967
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour la compréhension de la différence
matière-anti-matière???
Première raison dêtre de  mon  expérience
BaBar Voir si la matière et lanti-matière
agissent de la même façon dans les mésons B
Collisions e e-
Mésons B et B-bar
BB ? BaBar ?

• On produit donc avec un accélérateur
  collisionneur ee- des millions de mésons B
• On observe la façon dont ils se désintègrent
• On peut quantifier la violation CP dans ce
  système

(voir le futur Croque-Hubert de David JEUDI
PROCHAIN sur le sujet!)
38

• Étude de B??0l? pour mesurer Vub

implique la rare transition dun quark  b  en
quark  u .
(Séminaire approfondi sur mon sujet de
recherche, mercredi prochain 22 novembre 15h30,
V-221)
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?
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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
?
?
4)  Recyclage  des accélérateurs
(présent-futur)
?
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?
?
?
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La physique auprès des accélérateurs
recyclage???
Les accélérateurs, aujourdhui ne servent pas
uniquement à la physique nucléaire ou des
particules!!!

• Utilisés pour la physique des matériaux

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La physique auprès des accélérateurs
recyclage???
Les accélérateurs, aujourdhui, ne servent pas
uniquement à la physique nucléaire ou des
particules!!!

• Utilisés pour le traitement du cancer
  radiothérapie

Utilisation de la radiation pour détruire les
cellules cancéreuses
42
La physique auprès des accélérateurs
recyclage???
2009
http//www-ssrl.slac.stanford.edu/lcls/science.htm
l
Utilisé pour faire un laser ultra puissant

• Laser à rayon X
• Ultra haute intensité (107 x que ceux
  existants)
• Courte longueur donde (échelle des atomes)
• Pulses très courts (103 x ) (stroboscope style)

43
La physique auprès des accélérateurs
recyclage???
Photographies Eadweard Muybridge, 1870,
Californie
44
La physique auprès des accélérateurs
recyclage???
Autres  Dommages  Collatéraux
Encourage les développements technologiques
Par exemple, à BaBar, nous avions la plus grosse
banque de données au monde à un moment
donné Obligés daméliorer les techniques
existantes pour manipuler les données etc
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La physique auprès des accélérateurs, kossé ça
(a) (va) donne (é) (er) ?
?
?
5) Ce qui manque au Modèle Standard (très
proche futur)
?
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?
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La physique des accélérateurs kossé ça donne
pour ce qui manque au MS???
Stay Tuned! 2007-2008
HIGGS
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La physique auprès des accélérateurs kossé ça
donne pour ce qui manque au MS???
Le boson de Higgs mais pas seulement
lui Énergies encore inexplorées
Ces dernières années multiplication des papiers
théoriques Pas de conscensus sur ce quon va
trouver Situation vraiment excitante!
(voir le futur Croque-Hubert de Marie-Hélène
Genest JEUDI DANS 2 SEMAINES! sur le sujet!)
48
Énergie des accélérateurs Vs Histoire de
lunivers
Plus on monte en énergie, plus on sapproche des
conditions du Big Bang

• Cosmologie Standard
• 0.01 secondes après le Big Bang
• Cosmologie physique des particules
• 0.00000000001 secondes
• après le Big Bang

http//www.damtp.cam.ac.uk/user/gr/public/bb_histo
ry.html
49
La physique auprès des accélérateurs Sondage
auprès de quelques profs de lUdeM
Q Quels sont, selon vous, les 3 plus grandes
réalisations de la physique des accélérateurs?
Confirmation de lexistence des quarks Découverte
des quarks (c, b, t)
Confirmation que le nombre de familles de
leptons 3
Découverte des W et Z
Internet
Application thérapeutiques (cancer, etc)
Utilisation de la radiation synchrotron Pour
biologie/chimie
Découverte du noyau atomique (avec sources alpha)
Découverte de la violation CP
Découverte des courants neutres
Datation du C-14 (tandetron)
Découverte des neutrinos muonique et tauiques
Découverte des violations de symétries
Découverte possible du plasma quark-gluons
Vérification à haute précision du Modèle Standard
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Les questions prioritaires de la physique des
particules pour la prochaine décennie, au-delà du
MS, selon le rapport P5 (USA) , octobre 2006
1) Are there undiscovered principles of nature
new symmetries, new physical laws?2) How can we
solve the mystery of dark energy?3) Are there
extra dimensions of space?4) Do all the forces
become one?5) Why are there so many kinds of
particles?6) What is dark matter? How can we
make it in the laboratory?7) What are neutrinos
telling us?8) How did the universe come to
be?9) What happened to the antimatter?
http//www.science.doe.gov/hep/P5RoadmapfinalOctob
er2006.pdf
51
Conclusions

• La physique des accélérateurs a apporté de
  multiples choses à la science, et tout nétait
  pas  prédit .
• La théorie et lexpérimental sentraident
  mutuellement et ont besoin lun de lautre.
• On ne peut voir, sur le coup, les retombées
  technologiques directes des sciences
  fondamentales mais ça ne veut surtout pas dire
  quelles soient inutiles.
• La recherche avec les accélérateurs est super
  variée et vivante, tout nest pas compris, il
  reste beaucoup à faire, vous êtes les bienvenues
  si cela vous intéresse! Juste en physique des
  particules élémentaires, il y a des centaines
  dexpériences à travers le monde qui roulent!
  Restez à laffût des résultats du LHC dans les
  prochaines années, sûrement plein de surprises!

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Réaction de Hubert Reeves aux Croque-Hubert
Un certain vendredi jai reçu un courriel de
Christine Hervieux
Jai donc envoyé un courriel à M. Reeves lui
explicant les origines, motivations et buts des
Croque-Hubert
Voici donc sa réponse intégrale contenant ses
explications et précisions
53
Réaction de Hubert Reeves aux Croque-Hubert
Chère amieMerci de votre mot .. A la conférence
j'ai  voulu dire  que les expériences en
laboratoire avaient admirablement  confirmées le
modèle standard S.M des particules  mais
jusqu'ici  elles n'avaient pas permis d'aller
plus loin... Or ce modèle reste très
insatisfaisant trop de paramètres libres et de
nombreuses anomalies. Et qu'en fait   les pistes
 nouvelles  sont venus de l'astrophysique, en
particulier des  neutrinos solaires et  ceux du
rayonnement cosmique , imposant une masse aux
neutrinos. Le LHC nous apportera sans doute des
informations majeures en particulier sur
l'existence et la nature du boson de Higgs tandis
que les expériences de neutrinos, émis par des
accélérateurs et détectés des centaines de km
plus loin,  nous ferons progresser dans l'étude
de l'intéraction faible , en particulier sur la
matrice MNS . Loin d'être inutiles les
expériences de labo sont d'une importance
capitale. J'en suis convaincu. Je me suis mal
exprimé si les étudiants ont perçu une opinion
contraire. Et je vous souhaite le meilleur
succès autant dans vos travauxprofessionnels que
dans vos séminaires "Croque-Hubert"!! Amicalement
Hubert Reeves
54
Quelques Liens utiles et mot de la fin
The Particule Adventure http//www.particleadventu
re.org/ The Particle Data Group http//pdg.lbl.go
v/ Page principale de l'expérience
BaBar http//www.slac.stanford.edu/BFROOT/ Expéri
ence BaBar à l'université de Montréal http//www.l
ps.umontreal.ca/GPP/BABAR/page1.html LHC
Homepage http//lhc.web.cern.ch/lhc/ MiniBooNE ht
tp//www-boone.fnal.gov LCLS home
page http//www-ssrl.slac.stanford.edu/lcls/ Prix
Nobel http//nobelprize.org/nobel_prizes/ Partic
le Physics Timeline http//www.particleadventure.
org/other/history/index.html

• Merci de votre écoute et stay tune pour les
  prochains Croque-Hubert !
• Bonne chance dans votre BAC et ne vous gênez pas
  pour aller parler de recherche aux profs et
  étudiants gradués!
• Le web fourmille dinformation également, allez
  fouiller!
• Merci aussi à Hubert Reeves pour sa contribution
  inconsciente au projet! ?

FIN
Page principale des Croque-Hubert http//feynman.l
ps.umontreal.ca/brunet/CroqueHubert/