fiXience » Non classé http://fixience.fr Sat, 27 Feb 2016 17:19:40 +0000 fr-FR hourly 1 http://wordpress.org/?v=4.2.10 Prix Nobel de physique 2015 – Plongée dans le monde des particules et de l’oscillation neutrinohttp://fixience.fr/prix-nobel-de-physique-2015-plongee-dans-le-monde-des-particules-et-de-loscillation-des-neutrino/ http://fixience.fr/prix-nobel-de-physique-2015-plongee-dans-le-monde-des-particules-et-de-loscillation-des-neutrino/#comments Tue, 06 Oct 2015 15:15:43 +0000 http://fixience.fr/?p=2247 Lire la suite →]]> Takaaki Kajita et Arthur B. Mac Donald viennent de recevoir le prix Nobel 2015 pour leurs confirmations expérimentales faites respectivement en 1998 et 2002 du phénomène de l’oscillation des neutrinos. Mais qu’est-ce que ce phénomène et en quoi est-il important pour la physique et la physique des particules ?

Immersion rapide dans le monde des particules élémentaires – un monde de création perpétuelle

La physique des particules, est la science des interactions fondamentales de la nature. Elle décrit la cacophonie incessante des réactions et transformations qui animent les particules élémentaires. Ces dernières sont à envisager surtout comme les éléments de matière les plus simples et les plus fondamentaux qui soient ; plutôt que – naïvement – de par leur petite taille.

Être matière c’est « être et changer » dans le monde physique et s’y manifester, c’est le mouvement, c’est le changement, c’est le réel qui se redessine constamment. Les particules ne cessent d’incarner de tels changements, omniprésents au gré des « interactions » qu’elles vivent les unes avec les autres.

Ici, interagir c’est donner, recevoir, distribuer – en somme échanger – de l’énergie, du mouvement et d’autres quantités… cela se traduit par l’acquisition ou la perte de vitesse, l’acquisition ou la perte de masse… Mais interagir c’est aussi être sensible à la présence de l’autre ou de soit même, vouloir le transformer et ce faisant se transformer ; c’est un principe créateur. L’interaction est créatrice car elle détruit un système ancien pour en créer un neuf.

Évidemment pour interagir il faut pouvoir être sensible à la présence de l’autre et/ou de soit même. La charge électrique permet cette sensibilité par exemple. Un électron chargé négativement sera sensible à la présence un positon chargé positivement et cela conduira possiblement à une interaction entre les deux, via la force qui s’exerce entre elles. Interaction qui donnera naissance un nouveau système dans lequel masse et énergie seront redistribuées, voire même plus : quand cette interaction conduit à la destruction/création de particules, la charge aussi peut être redistribuée.

Il faut également que le neuf préexiste déjà dans l’ancien car il n’y a pas de « génération spontanée », puisque nous ne sommes pas ici en présence de phénomènes magiques, mais bel et bien physique. Il y a des « règles ».

Comme il n’y a pas de « génération spontanée » certaines grandeurs ne peuvent être changées. C’est le cas de l’énergie d’un système et aussi de la charge électrique. On redistribue mais on ne génère pas de telles grandeurs. A titre d’exemple : on peut avoir au début un électron (énergie (A) ; charge (-1)) et un positon (énergie (B) ; charge (+1)) et à la sortie un duo de photons (énergie (A+ B) ; charge (-1+1 = 0)). Le système change – parfois radicalement – mais les grandeurs fondamentales sont conservées. Ainsi va la nature, qui « par nature » semble être l’ordre dans le chaos.

Diagramme dit de Feynman représentant l'interaction d'"annihilation" d'un électron avec un positon (son antiparticule) qui génèrent 2 photons. Source wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Electron%E2%80%93positron_annihilation#/media/File:Feynman_EP_Annihilation.svg

Diagramme dit de Feynman représentant l’interaction d' »annihilation » d’un électron avec un positon (son antiparticule) qui génèrent 2 photons. Source wikipédia : https://en.wikipedia.org/wiki/Electron%E2%80%93positron_annihilation#/media/File:Feynman_EP_Annihilation.svg

Qu’en est-il alors des neutrinos et de leurs oscillations ?

Les neutrinos sont des particules assez singulières sans pour autant qu’échappent à la règle de conservation de l’énergie et de la charge (et d’autres quantités que je ne mentionne pas ici). Pour situer rapidement ce qu’est le neutrino, on peu dire qu’au même titre que l’électron se manifeste, ou vit, essentiellement grâce et par la force électromagnétique (en effet, il possède une charge électrique), le neutrino lui est une manifestation caractéristique d’une force plus englobante. il s’agit de la force electro-faible (par opposition à la force forte qui concerne, elle, d’autres particules). Notons que la force électromagnétique est un sous-phénomène de la force électrofaible, ainsi et par exemple, il existe des interactions « courantes » à la suite desquelles un électron et un neutrino sont créés conjointement… c’est le cas lors de certaines désintégrations nucléaires.

Ce qui rend le neutrino si singulier est qu’il possède une masse extrêmement faible. Mais aussi et surtout, une fois créé, la bestiole interagit très peu avec la matière ordinaire, dont font partie les électrons et les protons par exemple. Enfin, et c’est l’objet de ce prix Nobel : ils ont la particularité de changer leurs « saveur » de façon spontanée, sans interaction avec un système (dans un processus qui constitue une interaction de la particule avec elle-même, chose qui n’est par forcément « rare » dans le monde des particules).

Pourquoi ce prix Nobel ?

La « saveur » est comme la charge : une grandeur qui permet de caractériser l’état d’un système mais, comme on peut le constater ici, la nature n’a pas imposée que cette grandeur soit conservée. Ce qui est intéressant avec le neutrino c’est que contrairement à ce que l’on observe chez les autres particules, celui-ci le fait « spontanément » et sans avoir besoin d’interagir avec d’autres protagonistes.

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Le détecteur Super-Kamiokande au Japon qui a effectué la première détection d’une oscillation neutrino, en 1998.

Le terme d’« oscillation » vient de ce que le neutrino a une probabilité d’effectuer cette opération qui évolue périodiquement, lui permettant d’alterner successivement et de façon potentiellement répétée entre différentes saveurs. Et s’il y a périodicité (répétition), c’est qu’à l’instar de toutes les particules, le neutrino est une onde qui se propage, et ce faisant il survient en son sein des processus répétitifs comme les vagues qui se brisent constamment sur le rivage.

L’oscillation neutrino est un phénomène important du point de vue de la science, car le fait d’observer ce phénomène implique que le neutrino ait une masse (même faible). Or ce n’était pas chose acquise auparavant, loin de là. En effet, le modèle le plus solide dont les physiciens disposent actuellement (le modèle standard de la physique des particules) prédit plutôt une masse nulle. C’est donc un prix Nobel mérité pour Takaaki Kajita et Arthur B. Mac Donald, même si d’autres découvertes dans les autres champs disciplinaires de la physique auraient aussi bien pu en faire l’objet tant les avancées sont nombreuses et multiples dans ce domaine, allant de l’information quantique à la matière noire. Pour mémoire, le prix Nobel 2014 de physique avait été décerné aux inventeurs de la LED bleue.

Des informations complémentaires sont accessibles sur le site du Huffington Post, notamment à propos des méthodes de mesures et les détails concernant les « saveurs » mises en jeu.

Anthony Teston – fiXience

Sources : wikipédia, Huffington Post,

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La Ville du Futur – Retours sur le café sciences du 19 janvier 2014http://fixience.fr/la-ville-du-futur-retours-sur-le-cafe-sciences-du-19-janvier-2014/ http://fixience.fr/la-ville-du-futur-retours-sur-le-cafe-sciences-du-19-janvier-2014/#comments Tue, 28 Jan 2014 04:31:49 +0000 http://fixience.fr/?p=1588 Lire la suite →]]> Pour ce troisième café sciences organisé par fiXience, et pour lancer les débats scientifiques de l’année 2014 sous les meilleurs auspices, le rendez-vous était donné le 19 janvier autour de la thématique de La Ville du Futur. Fidèle à la volonté de l’association d’imaginer le monde de demain à l’aune d’aujourd’hui, une trentaine de personnes se sont réunies pour un échange enrichissant qui a commencé sous la forme d’un tour de table. Voici le compte-rendu de cet échange.

Une ville plus ou moins humaine ?

Dès l’entame de la discussion, volontairement laissée la plus libre et ouverte possible, les réflexions et les mots-clés fusent. Parmi les thématiques qui reviennent prioritairement, on retrouve l’idée d’une ville qui sera « plus verte » mais aussi « plus propre, plus calme » et « communicante ». Ces aspirations sont souvent corrélées à des développements technologiques qui apparaissent comme des moyens d’atteindre « une meilleure ville » aux yeux de la plupart des participants. L’augmentation continue des systèmes de communication et leur optimisation permettrait ainsi de « rendre les voitures et les moyens de transport autonomes » ou de développer « le télétravail et d’une manière générale la téléprésence, évitant ainsi de nombreux déplacements inutiles ». L’idée d’une ville « auto-étudiante », une ville qui apprendrait donc d’elle-même est également émise, ce qui, in fine, laisserait plus de temps et de place aux hommes ainsi qu’à la nature en ville.

Néanmoins les premières contradictions et des aspects plus problématiques apparaissent ; une intervenante souligne ainsi que la notion de calme est à double tranchant, puisque la confrontation, la contradiction, c’est aussi ce qui définit l’essence même de la ville. Les nouvelles technologies vont parfois dans le sens de l’individualisation, mais elles créent aussi de nouveaux besoins « d’espaces de sociabilisation » comme les espaces de « coworking » qui se développent à Paris. D’autres personnes s’interrogent : « ne risque-t-on pas de manquer de matières premières en ville ? » ou encore « la ville ne risque-t-elle pas de devenir extrêmement hiérarchisée, à l’image du Cinquième Elément ? ». Finalement va-t-on vers une ville plus ou moins humaine ?

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Des villes toujours plus denses…

Par la suite les discussions se structurent autour de la forme même des villes en lien avec leur densité. Dans Paris intra muros par exemple il y a plus de 20 000 habitants/km2, ce qui est quasiment le score le plus élevé du monde occidental. Un intervenant fait remarquer que « cela limite les possibilités d’extension des espaces verts et fait augmenter les prix du foncier » mais la question fondamentale est de savoir pourquoi les personnes se concentrent autant dans les villes… Pour certains « les gens se regroupent autour des services, si des transports ultra-rapides et ultra-efficaces existaient, les gens ne vivraient que dans des villes moyennes » alors que d’autres mettent en avant la fonction première des villes ; « aujourd’hui les villes n’ont plus de rôle défensif comme au Moyen-Age, il s’agit plutôt d’espaces d’échanges économiques et de découverte, mais les gens s’étalent aussi… ».

Il est vrai que les deux logiques co-existent : d’un côté la densité souhaitée et favorisée pour rationaliser les services et préserver les terres, et de l’autre la « ville nomade », tentaculaire, qui a sans cesse besoin d’espaces nouveaux pour s’étendre comme sur le plateau de Saclay, à une trentaine de kilomètres de Paris.

… et verticales.

La thématique de la densité pousse ensuite les participants à s’interroger sur la verticalité ; « que signifie la ville verticale ? ». Cette question est féconde puisqu’elle permet de mettre en exergue plusieurs problématiques. Pour vivre convenablement en hauteur « il faudrait pouvoir créer des jardins dans les tours, ou des serres comme sur les bateaux de croisière ». « Le problème n’est pas tellement la tour en elle-même, mais l’ombre qu’elle crée sur les quartiers alentours. Dans ce cas il faudrait des systèmes d’éclairage se substituant à la lumière naturelle, comme dans la ligne 14 du métro ». Enfin la question des tours permet de questionner une notion importante en urbanisme à savoir le risque. En effet comment faire dans une tour en cas d’incendie ? En cas de « blackout » sans ascenseur ? Les incidents récents survenus dans la tour Burj Khalifa à Dubaï, ou encore les difficultés rencontrées par la population new-yorkaise après le passage de la tempête Sandy sont pris en exemple pour montrer les limites de ce genre d’édifice.

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Le futur selon les cinéastes

Le débat est interrompu quelques minutes afin de projeter des extraits de films d’anticipation et/ou de science-fiction. Le but est de vérifier si les réalisateurs ont (ou ont eu) une vision de la ville du future similaire à celle des participants, mais également de vérifier quelle influence peut exercer le cinéma sur les idées de chacun concernant le futur urbain. Les extraits projetés sont extraits de : Metropolis de Fritz Lang (1927), Blade Runner de Ridley Scott (1982), Retour vers le Futur II de Robert Zemeckis (1989), Le Cinquième Elément de Luc Besson (1997), Minority Report de Steven Spielberg (2002), Robot de Chris Wedge (2005), Renaissance de Christian Volckman (2006), I am a legend de Francis Lawrence (2007), Wall-E d’Andrew Stanton (2008), Elysium de Neill Blomkamp (2013) et la bande-annonce du jeu vidéo SimCity, Cities of Tomorow (2013).

Ces extraits recadrent le débat sur des notions qui semblent essentielles et transversales ; d’après une participante « la ville du futur c’est avant tout le mouvement ou le déplacement, et donc le temps ; les urbanistes prennent-ils en compte ces données ?« . Cette interrogation donne l’occasion de préciser que les urbanistes tentent de plus en plus de travailler sur les temporalités au travers du rythme des villes. Le chrono-urbanisme consiste par exemple à étudier les usages temporels de la ville afin d’éviter que tout le monde ne fasse les mêmes choses au même moment afin de ne pas saturer les services. On peut ainsi décaler les horaires de certains établissements ou entreprises, et il en va de même pour la demande d’énergie. Le concept de mixité fonctionnelle est également évoqué. Celui-ci consiste à mélanger les fonctions de la ville (en opposition à la spécialisation des quartiers des années 1970). Il s’agit de partager de mélanger au maximum les espaces commerciaux, de bureaux et de logement afin d’éviter d’avoir des quartiers « monofonctionnels », on tente également de faire des rues des « espaces partagés ».

La vie des villes

Le débat s’achemine ensuite vers les notions et les valeurs que l’on peut rattacher à la ville, par opposition au monde rural suite à l’intervention d’une participante qui pense que « si les gens avaient réellement le choix de la localisation de leur travail, ils ne viendraient pas à Paris ». Pour elle « la campagne, par le fait que tout le monde se connaisse, permet de rompre l’isolement et évite ainsi des catastrophes », ce à quoi des visions plus citadines s’opposent en disant que « l’avantage de la ville c’est justement d’être anonyme, et donc plus libre, la vie dans les villages s’apparente trop souvent à de l’autosurveillance ». Cette opposition est toutefois relativisée puisque « c’est également en ville que tout le monde commente tout le monde sur twitter sans être anonyme« … d’où l’expression bien appropriée de « village global ».

La fin du débat s’oriente cependant vers une vision un peu plus pessimiste des villes, surtout à l’échelle internationale. La plupart des grandes métropoles mondiales contiennent encore d’immenses bidonvilles, qui sont parfois tout simplement rayés de la carte comme à Lagos. Il existe également un enjeu considérable dans la poursuite de l’exode rural qui concernerait encore près de 2 milliards de personnes dans les années à venir. Enfin, contrairement à ce que l’on pourrait penser, les villes ne sont pas immortelles, elles semblent bel et bien pouvoir mourir comme le montre malheureusement l’exemple américain de Detroit.

Le citoyen urbaniste

En conclusion, les animateurs soulignent le caractère particulier de l’urbanisme en tant que discipline. Outre le fait qu’il s’agisse d’une discipline récente, l’on s’aperçoit que l’ensemble de la population peut intervenir, émettre un avis, un raisonnement à la même échelle que « l’expert ». DSCF5758Cela provient sans doute du fait que nous expérimentons chacun tous les jours l’espace urbain, ce qui revient à dire que chacun est un expert à sa manière. L’enjeu des villes du futur est donc plus du côté de la participation des habitants, de la façon dont ils s’empareront des questions urbanistiques, que dans la réalisation d’une image conforme à certains esprits.

Enfin de résumer de la manière la plus synthétique possible ce café sciences, il est proposé aux participants de noter les 3 mots ou expressions qui leur semblent les plus pertinent(e)s pour résumer le débat du jour concernant La Ville du Futur pour ensuite les placer par grandes thématiques au mur. Il est également demandé de pondérer leur choix par les nombres 1, 2 et 3 accolé à chaque mot ou expression afin de rendre possible la création d’un nuage de mots.

Voici l’arrangement des mots récoltés par grandes thématiques :
Fixience_motscle_thematik

Voici le nuage de mots obtenu (mots pondérés suivant leur occurrence et classement via le site www.wordle.net) :

nuage5

Laurie Loison et Benoît Danen pour l’association fiXience
Photos de Eric Fillion.

 

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