La quête du WIMP, un vrai Graal !

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Sous le Gran Sasso, une montagne des Abruzzes traversée par un tunnel autoroutier, se trouve un laboratoire très particulier qui traque les neutrinos venant de l’Univers et qui vient en outre de se doter d’une équipement particulier pour également partir à la recherche des WIMPs. Si vous avez entendu parler de neutrinos c’est déjà difficile à comprendre puisque ce sont des particules qui se déplacent dans l’Univers à la vitesse de la lumière et capables de traverser la Terre sans que leur trajectoire soit déviée ni que leur vitesse diminue … difficile à imaginer quand on est, comme votre serviteur, un béotien dans le domaine de l’astrophysique. Les neutrinos sont également produits par les centrales nucléaires mais rassurez-vous quand vous aurez terminé la lecture de ce billet plus d’un milliard de neutrinos venus de l’Univers tout entier auront allègrement traversé votre corps sans que votre peau ait pour autant changé de couleur.

Quant aux WIMPs c’est une autre histoire puisqu’il s’agit selon la théorie cosmologique actuelle d’une particule super-massive qui constituerait ce que les spécialistes appellent la « matière noire froide » que, par définition, l’on ne voit pas. Cette matière noire a été inventée par les astrophysiciens à l’aide d’équations très compliquées pour tenter d’expliquer certaines anomalies de la relativité générale formulée par Albert Einstein. Selon eux et en résumé très bref, la matière chaude – celle que l’on peut observer – aurait du, depuis le big-bang, se diluer or il n’en est rien. L’existence des WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) répondrait à cette question qui est une conséquence de la théorie du Big-Bang.

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Au Laboratoire du Gran Sasso toutes les précautions ont été prises pour ne pas observer n’importe quoi. Le site se trouve sous 1400 mètres de roche, le détecteur constitué d’une cuve contenant du krypton liquide bourrée de photo-détecteurs est lui-même plongé dans une piscine d’eau ultra-pure elle-même bourrée de détecteurs et à l’extérieur de cet ensemble se trouvent encore toutes sortes d’instruments qui permettront au final de détecter un ou deux WIMPs par an si tout se passe bien et si naturellement les WIMPs existent réellement. Quand un WIMP entrera en collision avec un atome de krypton celui-ci émettra un photon et la détection de ce dernier, sans ambiguïté, confirmera l’existence de cette particule super-massive de peut-être 10000 fois la masse d’une noyau d’hydrogène. Ça laisse rêveur … Pour ma part je laisse aux astrophysiciens le soin de rêver car il m’est déjà difficile de croire en la véracité de la théorie du Big-Bang … Toujours est-il que le détecteur de WIMPs du Gran Sasso (Xenon1T) n’a encore rien vu après un peu plus d’un mois d’observations interrompues par un tremblement de terre en ce début d’année 2017. Si dans 5 ans pas la queue d’un WIMP n’a pu être détectée les physiciens devront revoir leur copie.

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Source : arxiv.org/pdf/1705.06655v1.pdf, illustrations INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Illustrations : sphère contenant du krypton liquide, détecteurs de photons, réservoir d’eau dans lequel se trouve la sphère de krypton.

Les premières ondes gravitationnelles détectées

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Cent ans après les équations de la relativité générale écrites par Albert Einstein qui prédisaient l’existence d’ondes gravitationnelles, cette situation particulière est maintenant vérifiée. Selon Einstein, l’espace-temps peut être perturbé par un évènement gravitationnel majeur. Cet évènement cosmique a été provoqué par le flirt très rapproché entre deux trous noirs tournant l’un autour de l’autre pour finalement fusionner et relacher une gigantesque quantité d’énergie sous forme gravitationnelle puisque les trous noirs ne peuvent pas rayonner d’énergie sous forme électromagnétique. Pourtant Einstein lui-même ne croyait pas trop en l’existence des trous noirs, ces objets super-massifs qu’on ne peut pas voir puisqu’ils sont tellement denses et leur champ gravitationnel tellement intense que la lumière ne peut s’en échapper.

Il y a 50 ans des physiciens du CalTech imaginèrent un instrument susceptible de détecter ces ondes mais les complications technologiques firent que le projet faillit être abandonné à de nombreuses reprises. En bref, les ondes gravitationnelles (si elles existent) doivent perturber le cheminement de la lumière dans ce qu’on appelle un interféromètre mais pas n’importe lequel puisqu’il s’agit de deux tunnels sous vide de 4 kilomètres de long chacun. Pendant longtemps le gros souci fut de maîtriser les vibrations parasites des détecteurs qui doivent être capables de mesurer une variation infinitésimale du trajet que parcourt la lumière et du temps qu’il lui faut pour le parcourir sous l’effet d’une onde gravitationnelle, la modification de l’espace-temps prédite par Einstein. L’unité de mesure de cette variation est le diamètre du noyau d’un atome d’hydrogène !

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Entre 2002 et 2010 les détecteurs interférométriques LIGO, l’un situé dans l’Etat de Washington (Hanford) et l’autre en Louisiane (Livingston), ne mesurèrent rien du tout, ils étaient désespérément « silencieux ». Il fallut améliorer substantiellement les détecteurs d’une complexité difficile à imaginer pour un non spécialiste (comme votre serviteur) pour qu’enfin, le 14 septembre dernier, les deux interféromètres enregistrent le même signal avec un écart de 7 millisecondes. Pourquoi deux détecteurs ? Tout simplement pour éliminer tout signal fortuit. Le vrai signal doit être coïncidant entre les deux appareils LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory). Le signal détecté en septembre dernier, compte tenu de son amplitude laissa les astrophysiciens du monde entier plutôt sceptiques.

Il fallut plusieurs longs mois pour l’analyser et finalement confirmer que pour la première fois une onde gravitationnelle avait bien été détectée. La probabilité pour que ce signal ne soit pas fortuit est mesurée en « sigmas » : les scientifiques sont certains à 99,9999 % qu’il s’agit bien d’une onde gravitationnelle relatant la fusion de deux trous noirs quelque part dans l’Univers … puisque ces scientifiques pensent que l’évènement gravitationnel aurait eu lieu il y a 1,5 milliard d’années dans l’hypothèse où les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière, une hypothèse qui n’a pas pour le moment été infirmée puisqu’elle est conforme à la théorie de la relativité générale.

Comme il existe des dizaines de milliards de galaxies et probablement autant de trous noirs dans l’Univers, depuis quelques mois les LIGOs détectent de nombreux signaux qui sont toujours en cours d’analyse. Le Scoop d’hier n’en est pas vraiment un puisque cet évènement eut lieu il y a très longtemps mais il s’agit d’un scoop qui démontre l’ingéniosité des scientifiques et confirme le génie d’Einstein …

Source et illustrations : physics.aps.org/articles/v9/17

Note : la déformation du trajet lumineux dans l’interféromètre est exprimée en mètres soit ici mille milliardième de milliardième de mètre (10 à la puissance moins 21).

Le principe d’incertitude d’Heisenberg appliqué au changement climatique

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En 1927, le physicien allemand Werner Heisenberg définit ce qu’on appelle en mécanique quantique le principe d’incertitude. Ce principe fondamental en physique stipule qu’on ne peut pas connaître avec certitude simultanément deux grandeurs physiques caractérisant une particule avec précision car ces deux grandeurs, la position et le moment (voir ci-après), sont liées. Ce principe a été largement confirmé par la mécanique quantique et il faut préciser pour une bonne compréhension de la suite de ce billet que pour une particule, par exemple un photon défini par une fonction d’onde, le moment de cette particule est défini comme un opérateur de cette fonction d’onde.

C’est en se basant sur ce principe d’incertitude que des petits malins, obsédés par le CO2, ont mis en avant le principe d’incertitude d’Heisenberg, naturellement sans trop savoir de quoi ils parlaient, pour décréter que les photons émis par une molécule d’eau, d’azote, d’oxygène ou de gaz carbonique de l’atmosphère dans la gamme des longueurs d’onde infra-rouges pouvaient très bien se propager dans n’importe quelle direction. Puisqu’un photon thermique provenant d’un objet froid ne sait pas qu’il n’est pas supposé chauffer un objet plus chaud et vice et versa puisqu’un objet chaud ne sait pas qu’il ne peut pas être réchauffé par les photons émis par un objet plus froid, la déduction de cette incertitude est qu’un objet froid peut parfaitement, par simple émission de photons thermiques, chauffer un objet plus chaud. C’est ce que les climatologues appellent l’effet de serre radiatif et ils s’appuient sur cette affirmation pour justifier le changement climatique d’origine humaine. C’est le principe d’incertitude d’Heisenberg revu et corrigé pour satisfaire la théorie de l’effet de serre ! Cette théorie est en contradiction avec les fondements même de la mécanique quantique en ce sens qu’elle nie l’ensemble de la physique, depuis la physique corpusculaire, l’électromagnétisme, la thermodynamique et y compris la mécanique ondulatoire. Si un photon n’a pas de masse mais est décrit par une fonction d’onde il est toujours défini par un moment :

p = E/c = h/λ

où E est l’énergie du photon, lambda sa longueur d’onde et c et h étant respectivement la vitesse de la lumière et la constante de Planck. L’énergie du photon est proportionnelle à sa fréquence v (lettre grecque nu) et inversement proportionnel à sa longueur d’onde λ (lettre grecque lambda) :

E = hc/λ = hv

Or là où le bât blesse c’est d’affirmer que des photons thermiques (infra-rouges) provenant d’un corps froid – les hautes couches de l’atmosphère – peuvent réchauffer les plus basses couches de l’atmosphère et la surface de la Terre car le moment des photons issus des hautes couches de l’atmosphère est toujours inférieur à celui des photons émis par le sol ou les basses couches de l’atmosphère qu’il y ait intervention ou non du CO2 dans cette situation physique liée au gradient adiabatique de l’atmosphère. Prétendre qu’il peut exister un effet de serre provoqué par le CO2, le coupable honni par les spécialistes du dérangement climatique, est donc en violation directe des lois physiques les plus fondamentales, c’est nier les travaux des plus grands physiciens du XXe siècle.

On comprend dès lors le niveau d’imposture de cette théorie de l’effet de serre supposé « déranger » le climat car elle jette aux oubliettes tous les travaux des physiciens comme Einstein, Dirac, Schrödinger, De Broglie … sans lesquels on en serait encore à la théorie de l’éther ou de la phlogistique c’est-à-dire un incroyable retour en arrière de plusieurs siècles. C’est tout simplement ce que veulent les climato-alarmistes, une régression généralisée de l’humanité dans la plus pure ligne d’un Rousseau ou d’un Malthus. C’est donc extrêmement grave que la propagande réchauffiste soit basée sur une aberration scientifique conduisant des personnalités à des déclarations tonitruantes directement issues de cette imposture de l’effet de serre provoqué par le CO2 que je cite ici :

« Nourrir un enfant affamé c’est exacerber le problème de la population mondiale » (Lamont Cole, environnementaliste et écrivain)

« Nous ne pouvons pas laisser d’autres pays avoir le même nombre de voitures, le même niveau d’industrialisation que ceux des Américains. Nous avoir le devoir de stopper le développement des pays du Tiers Monde à son niveau présent » (Michael Oppenheimer, Environmental Defense Fund)

« Le développement durable nécessite une mise en place délibérée de pauvreté, de consommation réduite des ressources et doit préciser des niveaux de contrôle de mortalité » (Maurice King, professeur)

« Les technologies complexes de quelque nature que ce soit sont une insulte à la dignité humaine. Ce serait un désastre à brève échéance si on trouvait une source d’énergie propre, peu coûteuse et abondante » (Amory Lovins, Rocky Mountain Institute)

« La recherche sur l’énergie de fusion est la pire des choses qui puisse arriver pour la planète » (Jeremy Rifkin, Greenhouse Crisis Foundation)

« Le plus grand problème pour la planète ce sont les gens : ils sont trop nombreux, et trop nombreux à vouloir se développer économiquement » (Sir James Lovelock interviewé par la BBC)

« Les êtres humains, en tant qu’espèce animale, n’ont pas plus de dignité que les limaces » (John Davis, éditeur du journal Earth First)

À méditer en cette période estivale, ça remonte le moral …

Lire ou relire https://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle illustration Werner Heisenberg et Niels Bohr (Wikipedia)