100 ans de rayons cosmiques de Chamonix la Station Spatiale Internationale
Maurice Bourquin Universit de Genve
Chamonix, 23 juillet 2012
Entre Lumires et romantisme Au 18e s, les Alpes de Savoie deviennent un terrain dinvestigations pour
les sciences de la Terre, la physique de latmosphre, la mtorologie, la chimieEn 1760 le Genevois Horace-Bndict de Saussure, qui avait observ le Mont Blanc depuis le Brvent, offrit un prix la premire personne qui atteindrait le sommet.
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Ce ne fut pas avant le 8 aot 1786 (26 ans aprs) que le Dr. Michel Paccard et Jacques Balmat, deux habitants de la valle, latteignirent. De Saussure lui-mme y arriva lanne suivante, conduisant la premire de nombreuses expditions scientifiques au sommet.
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Les sciences de terrain
Entre 1863 et 1865 plus de 100 autres sommets furent
atteints, surtout par des alpinistes britanniques, mais
les montagnes des environs continurent fasciner les
scientifiques.
On saperois que seules des observations continues,
sur plusieurs mois, et mme sur plusieurs annes,
peuvent faire progresser des domaines scientifiques
complexes, inventaire des espces, gographie
physique, tude de latmosphre
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Des observatoires au Mont Blanc En 1890 Joseph Vallot (mtorologiste, glaciologue, physicien, photographe,
cartographe, mais pas astronome) a reu lautorisation de construire un
observatoire 4350 m, prs du sommet du Mont Blanc, la condition quil
puisse aussi servir de refuge aux alpinistes.
Ainsi deux chambres spares furent construites (1890). Deux pices ensuite
agrandies 6.
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Des observatoires au Mont Blanc Un deuxime observatoire fut construit ensuite au sommet mme du Mont Blanc
4810m, le plus haut du monde, par Jules Janssen (astronome et acadmicien,
1824-1907) en 1893.
Sa mission fut lastronomie physique, un passage de lastronomie dcrivant le
mouvement des astres ltude des objets clestes partir des lois de la physique
et de la chimie.
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Des observatoires au Mont Blanc Il dura une quinzaine danne. Bnficia dune atmosphre
rduite (la pression au Mont Blanc est 2 fois moins grande quau bord de la mer) et dune puret augmente. Mais fut englouti par une crevasse en 1909.
Ce fut une fabuleuse aventure scientifiques et humaine dans laquelle de nombreux savants et guides de la Valle de Chamonix se sont illustrs.
L'pope des observatoires Janssen au sommet du Mont-Blanc, et Vallot 4350 m, est dlicieusement dcrite par le mme Jean-Marie Malherbe qui a aussi dcrit l'histoire du Laboratoire (Refuge) des Cosmiques.
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La radioactivit
Quelques annes plus tard, Marie et Pierre Curie ont dcouvert que les lments polonium et radium subissaient une transmutation gnrant de la radioactivit.
En prsence de matriaux radioactifs, les lectroscopes chargs se dchargent. On en a conclut que certains lments mettaient des particules charges, qui a leur tour causent la dcharge des lectroscopes.
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Paralllement, en 1896, Henri Becquerel a dcouvert la radioactivit naturelle.
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Terrestre ou extraterrestre? Vers 1900, la technique des
lectroscopes a t bien amliore
et on a conclut que la dcharge
spontane dlectroscopes tait due
des agents ionisants provenant de
lextrieur des rcipients.
Et la question tait de savoir quelle
tait la nature de cette radiation et
sa provenance terrestre (matriaux
radioactifs dans la crote terrestre)
ou extraterrestre.
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Electroscope de Wulf
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Radioactivit en altitude?
En 1909, Theodor Wulf, un scientifique et pre Jsuite
eut lide de tester la variation de la radioactivit avec
laltitude.
Comme il dtectait beaucoup de radiations sur le sol, il
dcida de s'lever afin de capter moins de radiations,
ou du moins le pensait-il! Il fit des mesures la Tour
Eiffel, mais conclut quand mme que lmission venait
de la terre.
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Radioactivit en altitude? Il devint vident que des mesures en ballons devenaient
ncessaires, puisque les satellites et fuses nexistaient pas
Encore que Rodolphe Tpffer, auteur genevois (1799-1846),premier auteur de bandes dessines
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En ballon
Le premier de ces vols eu lieu en dcembre 1909 avec un ballon de laroclub suisse appel Gothard. Alfred Gockel, professeur lUniversit de Fribourg, monta par trois fois 4500 m et trouva que la radioactivit ne diminuait pas avec laltitude :
Es muss diese Strahlung daher zum Teil entweder aus der Atmosphre oder von einem Gestirn ausserhalb der Erde kommen
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2012, la dcouverte
La situation fut claircie
grce une longue srie
de vols en ballons par le
physicien autrichien
Viktor Hess, atteignant
5200 m en 1911 et 1912,
dans lesquels la radiation
augmente avec laltitude
jusqu' 100 %.
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La dcouverte
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Hess a publi un rsum en
1913, dans Physikalische
Zeitschrift, o il conclut que
la radiation doit venir den
haut, dorigine extra
terrestre, mais pas du soleil,
car pas deffet jour-nuit.
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Le prix Nobel de physique 1936
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.
C.D. Anderson V.F. Hess
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Effet du champs magntique terrestre
Il fallut attendre jusquen 1941 pour que lon admette que la majeur partie des rayons cosmiques (appellation de Robert Millikan) sont constitus par des protons dorigine astrophysique, et non de rayons gamma, grce leffet du champs magntique terrestre.
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Geomagnetic field
Earth magnetic field bends charged
particles
in 1st approx. dipolar
B 0.26
1+ si n 2
cos6 (G) (at 370 Km)
geomag polar angle wrt magn equator
Geomagnetic Cutoff
minimal particle Rigidity (R = P cze
) to reach
a near earth point
Rc =60 GV
1 + hR E
2
cos4
(1 + cos cos3 )1/ 2 + 12
East-West assymetry
maximal in magnetic equator
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 30 60 90 120 150 180
Rig
idity C
ut [G
V]
a (eastwest angle) [deg]
Rig Cutoff (alt = 370Km)
l = 0 deg (eq.)l = 30 deg
l = 51.6 deg
IDPASC (Sesimbra), 18 December 2010 F.Barao (27)
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De nombreuses dcouvertes fondamentales furent effectues avec les rayons cosmiques
1912: les rayons cosmiques 1932: le positron 1947: les pions
Dcouvertes:
1936: Muon ()
1949: Kaon (K)
1949: Lambda ()
1952: Xi ()
1953: Sigma ()
e
Les utiliser aussi comme projectiles pour
tudier la nature de la matire en dtail,
comme lavait fait Rutherford en 1900.
La physique des particules a commenc
avec les rayons cosmiques.
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Photographie dans une chambre de Wilson du premier positron observ
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Motivation pour
chercher une ide
unifiante : le
modle des
quarks.
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Interaction dun rayon cosmique
avec latmosphre
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Les rayons cosmiques laiguille du Midi
Lofficier Paul Chanson, polytechnicien, proposa en 1941 Louis Leprince-Ringuet (1901-2000), professeur Polytechnique, la construction dun petit laboratoire proximit du Col du Midi.
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Tlphrique au col du Midi (1940-1950)
Un monte-charge 2 bennes jusqu 3600 m.
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Plan de situation du laboratoire des Cosmiques
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Le laboratoire des cosmiques
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Chalet construit en 1943, inaugur en 1946
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Le laboratoire des cosmiques
24 23 juillet 2012 MB Chamonix
Plan du laboratoire des Cosmiques
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Linstrumentation scientifique
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Ligne lectrique triphase installe pour chambre de Wilson, 15000 V, 600 A.
23 juillet 2012 MB Chamonix
Des cosmiques aux accelrateurs
Ds 1950, la physique des particules commena
a tre domine par les acclrateurs.
Ont t cres des organisations, confrences et
journaux scientifiques distincts et spcifiques
(acclrateurs OU rayons cosmiques)
Mais aujourdhui on ne connait toujours pas
lorigine et la composition prcise des rayons
cosmiques!!!
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La physique des astroparticules
Un champs de recherche interdisciplinaire
Questions:
Les restes de supernovae sont-ils les sources de rayons cosmiques galactiques?
Comment dtecter la matire noire?
De grands projets sont en cours ou en prparation.
28 23 juillet 2012 MB Chamonix
Recherche directe de la matire noire
.
CJPL
