1
00:00:40,0 --> 00:00:44,0
Peux-tu me donner le dernier disque en plastique ?

2
00:00:50,0 --> 00:00:53,0
Voilà le photomultiplicateur.

3
00:00:54,0 --> 00:00:55,5
C'est assez propre ?

4
00:00:55,6 --> 00:00:57,5
Oui

5
00:00:59,0 --> 00:01:04,5
La prédiction la plus surprenante de la théorie de la relativité restreinte ...

6
00:01:04,7 --> 00:01:06,5
... est que les horloges en mouvement, tournent moins vite ...

7
00:01:06,4 --> 00:01:10,6
... d'un facteur égal à la racine carrée de (1 - v²/c²) ...

8
00:01:14,0 --> 00:01:18,8
... où v est la vitesse de l'horloge par rapport à l'observateur ...

9
00:01:18,9 --> 00:01:20,4
... et c est la vitesse de la lumière.

10
00:01:21,0 --> 00:01:24,6
Par exemple si nous avons trois horloges identiques ...

11
00:01:24,9 --> 00:01:27,9
... au repos par rapport à un observateur ...

12
00:01:28,3 --> 00:01:32,8
... et qu'à un certain moment elles donnent la même heure.

13
00:01:33,0 --> 00:01:35,0
Alors, bien sûr, on s'attend à ce que, à un moment ultérieur, ...

14
00:01:36,0 --> 00:01:37,5
... elles donnent la même heure à nouveau.

15
00:01:38,3 --> 00:01:46,5
Mais si on a les mêmes trois horloges identiques, avec l'une d'entre elles en mouvement par rapport à l'observateur, ...

16
00:01:48,5 --> 00:01:54,0
... alors, à un moment ultérieur, disons lorsque celle-ci aura dépassé les autres, ...

17
00:01:55,0 --> 00:02:03,5
... elle donnera un temps écoulé inférieur à celles qui étaient au repos.

18
00:02:05,0 --> 00:02:09,0
Du point de vue de l'observateur, l'horloge en mouvement avance moins vite.

19
00:02:10,0 --> 00:02:15,0
Cet effet s'appelle la dilatation du temps d'Einstein et, d'ordinaire, c'est un effet minuscule, ...

20
00:02:15,5 --> 00:02:18,0
... parce que v/c est de toute façon un nombre très petit, ...

21
00:02:18,5 --> 00:02:22,0
... de sorte que cette expression est très proche de 1.

22
00:02:23,0 --> 00:02:27,0
Par exemple, une horloge passant devant nous dans une fusée en mouvement à 5 miles à la seconde ...

23
00:02:27,5 --> 00:02:31,0
... perd seulement 1 seconde en 100 ans.

24
00:02:31,5 --> 00:02:35,0
Mais nous avons des horloges qui vont réellement très vite, ...

25
00:02:35,5 --> 00:02:37,0
... à 99% de la vitesse de la lumière.

26
00:02:38,0 --> 00:02:43,0
Et elles tournent à un 9ème de la vitesse qu'elles ont au repos par rapport à nous.

27
00:02:44,0 --> 00:02:47,5
Ces horloges, nous allons vous le montrer, sont les mésons mu, ...

28
00:02:47,8 --> 00:02:51,0
... des particules radioactives chargées provenant des rayons cosmiques.

29
00:02:51,3 --> 00:02:53,0
D'abord il nous faut les détecter.


30
00:02:56,0 --> 00:03:00,0
Donc  1. Détecter les mésons mu.

31
00:03:02,0 --> 00:03:05,0
Puis nous arrêterons quelques-uns de  ces mésons mu ...

32
00:03:05,4 --> 00:03:09,0
... pour mesurer la distribution de leurs temps de désintégration radioactive.

33
00:03:11,0 --> 00:03:20,0
2. Distribution des temps de désintégration.

34
00:03:21,0 --> 00:03:27,0
Comme vous le voyez, ceci va nous permettre d'utiliser ces mésons pour mesurer les intervalles de temps.

35
00:03:28,0 --> 00:03:34,0
Donc 2. Distribution des temps de désintégration utilisés comme horloge.

36
00:03:36,0 --> 00:03:39,5
Finalement nous utiliserons ces horloges basées sur ...

37
00:03:39,8 --> 00:03:42,0
... la désintégration de mésons pour mesurer la dilatation du temps.

38
00:03:43,0 --> 00:03:48,0
3. Dilatation du temps.

39
00:03:50,0 --> 00:03:52,5
Nous comparerons deux mesures de ces intervalles de temps :

40
00:03:53,5 --> 00:03:56,5
La mesure avec les mésons allant à grande vitesse par rapport à nous, ...

41
00:03:57,0 --> 00:04:00,0
... et la mesure avec les mésons au repos par rapport à nous.

42
00:04:01,0 --> 00:04:07,2
Les mésons mu que nous utiliserons sont produits dans la haute atmosphère ...

43
00:04:07,6 --> 00:04:09,7
... et descendent à vive allure vers la Terre.

44
00:04:10,0 --> 00:04:14,0
Au cours de leur descente, certains d'entre eux se désintègrent en vol.

45
00:04:23,0 --> 00:04:29,0
Le nombre arrivant à une altitude élevée est plus grand que le nombre des survivants atteignant le niveau de la mer.

46
00:04:30,0 --> 00:04:35,0
En ce moment nous sommes au sommet d'une montagne, le Mont Washington dans le New Hampshire.

47
00:04:35,5 --> 00:04:39,0
Nous allons compter le nombre de mésons qui arrivent jusqu'ici,

48
00:04:40,0 --> 00:04:46,0
puis nous irons au niveau de la mer et nous compterons le nombre de mésons qui ont survécu pour y parvenir.

49
00:04:47,0 --> 00:04:52,0
En comparant ces nombres, nous montrerons que ces horloges mobiles tournent moins vite.

50
00:04:55,0 --> 00:04:58,0
Tout d'abord il nous faut détecter ces mésons mu.

51
00:04:59,3 --> 00:05:04,0
Chaque fois qu'un de ces mésons dont le professeur Frisch vous a parlé passe à travers ...

52
00:05:04,2 --> 00:05:07,0
... ce scintillateur plastique spécial, un éclair de lumière est émis.

53
00:05:08,0 --> 00:05:12,5
En fait le plastique est actuellement en train de scintiller du fait des mésons qui le traversent.

54
00:05:13,0 --> 00:05:17,0
Nous ne pouvons pas les voir car les éclairs sont beaucoup trop ténus pour être photographiés.

55
00:05:18,0 --> 00:05:20,5
Si bien que nous les détectons avec ce photomultiplicateur ...

56
00:05:21,0 --> 00:05:23,0
... qui n'est qu'une cellule photoélectrique extrêmement sensible ...

57
00:05:23,5 --> 00:05:29,0
... transformant les éclairs de lumière en impulsions électriques récupérables.

58
00:05:29,5 --> 00:05:37,0
Bien sûr, en fonctionnement, nous devons positionner le plastique tout contre la cellule photo ...

59
00:05:38,0 --> 00:05:40,0
... de cette manière ...

60
00:05:41,0 --> 00:05:43,5
... et ensuite, pour le protéger de la lumière incidente, ...

61
00:05:44,0 --> 00:05:46,5
... nous devons le couvrir d'une enveloppe étanche à la lumière.

62
00:05:47,0 --> 00:05:57,0
D'abord cette feuille d'aluminium ...

63
00:06:01,0 --> 00:06:04,0
... qui est réfléchissante pour retenir la lumière produite à l'intérieur, ...

64
00:06:05,0 --> 00:06:16,0
... et finalement avec ce morceau de tissu étanche à la lumière.

65
00:06:21,0 --> 00:06:25,0
Maintenant je peux appliquer une tension élévée au photomultiplicateur.

66
00:06:27,5 --> 00:06:31,0
Le signal éléctrique sorti du photomultiplicateur, suit ce câble ...

67
00:06:31,3 --> 00:06:37,0
... que je branche sur l'entrée de cet amplificateur.

68
00:06:41,0 --> 00:06:44,5
Je prends le câble de sortie de l'amplificateur  ...

69
00:06:45,0 --> 00:06:51,0
... et le branche sur l'entrée de déclenchement de cet oscilloscope rapide.

70
00:06:53,0 --> 00:06:57,0
Donc chaque fois qu'un nouveau méson mu traverse le scintillateur plastique ...

71
00:06:57,3 --> 00:06:58,5
... et est récupéré par le photomultiplicateur ...

72
00:06:59,5 --> 00:07:02,2
... le faisceau d'électrons de l'oscilloscope se met en mouvement ...

73
00:07:02,5 --> 00:07:06,5
... et balaie rapidement l'écran de l'oscilloscope.

74
00:07:06,8 --> 00:07:09,0
Nous prenons aussi ce même signal issu du photomultiplicateur ...

75
00:07:13,0 --> 00:07:16,0
... et nous l'appliquons sur les plaques déflectrices verticales de l'oscilloscope.

76
00:07:17,0 --> 00:07:22,0
De sorte que l'impulsion initiale est visible au début de la trace.

77
00:07:26,0 --> 00:07:32,0
La plupart de ces balayages correspond au passage d'un méson mu tout droit à travers le scintillateur.

78
00:07:33,0 --> 00:07:36,0
Ce point nous donne la position de repos de la trace jusqu'à ...

79
00:07:36,2 --> 00:07:40,5
... ce qu'un méson mu pénètre dans le scintillateur et déclenche le balayage.

80
00:07:41,5--> 00:07:44,0
Les impulsions qui modulent le balayage apparaissent ici.

81
00:07:45,0 --> 00:07:47,0
Remarquez que leur hauteur varie.

82
00:07:47,5 --> 00:07:51,0
C'est parce que certains des mésons traversent seulement une partie du scintillateur, ...

83
00:07:51,7 --> 00:07:57,0
... en produisant un faible signal, alors que d'autres le traversent de part en part.

84
00:07:58,0 --> 00:08:06,5
Le balayage passe par chacune de ces divisions principales en 1 µs. En ce moment il parcourt 7,5 µs.

85
00:08:07,0 --> 00:08:11,0
Plus tard il balaiera la totalité des 9 millionnièmes de seconde, comme vous pouvez le voir.

86
00:08:12,0 --> 00:08:16,0
Ca peut sembler plutôt rapide, mais un de nos mésons entre dans le scintillateur, ...

87
00:08:16,5 --> 00:08:21,0
... le traverse de part en part, et le quitte en seulement environ deux milliardième de seconde, ...

88
00:08:21,5 --> 00:08:25,5
... ce qui est environ un centième de la largeur de l'une de ces impulsions de départ.

89
00:08:28,0 --> 00:08:31,2
Donc la largeur de l'impulsion n'a rien à voir avec le temps mis par notre méson pour traverser ...

90
00:08:31,5 --> 00:08:35,8
... le scintillateur plastique, mais est déterminée entièrement par l'électronique.

91
00:08:38,0 --> 00:08:41,0
La plupart des mésons devrait traverser le scintillateur.

92
00:08:41,2 --> 00:08:44,3
Nous pouvons cependant en arrêter certains à l'intérieur du scintillateur ...

93
00:08:44,6 --> 00:08:48,5
... en les ralentissant dans cette épaisseur de 2 pieds1/2 de fer.

94
00:08:49,0 --> 00:08:52,5
Soit dit en passant c'est une grosse pile de fer qui pèse plus de 10 tonnes.

95
00:08:53,0 --> 00:08:56,0
Nous voulons arrêter quelques-uns de ces mésons mu dans le scintillateur ...

96
00:08:56,3 --> 00:08:59,0
... afin d'observer leur désintégration radioactive.

97
00:09:00,5 --> 00:09:02,6
Ceci nous amène à notre deuxième point.

98
00:09:02,8 --> 00:09:06,2
Nous savons déjà comment détecter les mésons mu.

99
00:09:06,5 --> 00:09:11,3
Maintenant nous voulons savoir combien de temps il leur faut pour se désintégrer afin de les utiliser comme horloge.

100
00:09:12,0 --> 00:09:18,0
Quand un méson positif se désintégre, il émet un neutrino, un antineutrino ...

101
00:09:18,3 --> 00:09:22,0
... et une particule de charge positive appelée positron.

102
00:09:23,0 --> 00:09:30,0
Quand un méson mu entre dans le scintillateur, il produit un éclair de lumière.

103
00:09:30,5 --> 00:09:37,0
S'il s'arrête et se désintègre, le positron produit un 2è éclair de lumière dans le scintillateur, ...

104
00:09:37,2 --> 00:09:43,0
... ce qui produit une seconde impulsion sur la trace de notre oscilloscope à l'instant où le méson se désintégre.

105
00:09:43,5 --> 00:09:47,1
Donc nous sommes maintenant prêts à arrêter un bien plus grand nombre de mésons mu ...

106
00:09:47,3 --> 00:09:51,0
... et à mesurer la distribution dans le temps des désintégrations radioactives.

107
00:09:51,5 --> 00:09:59,0
Plaçons donc le scintillateur sous la pile de fer et  revenons à l'oscilloscope.

108
00:10:02,0 --> 00:10:05,0
Regardons.

109
00:10:07,0 --> 00:10:10,0
Vous pouvez remarquer qu'il y a moins de traces de balayage qu'avant.

110
00:10:10,5 --> 00:10:13,0
C'est non seulement parce que le fer ralentit les mésons ...

111
00:10:13,5 --> 00:10:17,0
... mais aussi parce qu'il en arrête avant qu'ils n'atteignent le scintillateur.

112
00:10:18,0 --> 00:10:20,2
Vous remarquez aussi que la plupart d'entre eux continuent à le traverser de part en part, ...

113
00:10:20,3 --> 00:10:23,0
... ne produisant qu'une seule impulsion.

114
00:10:23,5 --> 00:10:28,0
Mais là... vous avez vu celui-là, à seulement 2 divisions de l'impulsion de déclenchement.

115
00:10:28,5 --> 00:10:36,0
D'autres, là... encore. Là...Là...

116
00:10:36,5 --> 00:10:39,0
Maintenant regardons le suivant plus en détail.

117
00:10:42,0 --> 00:10:46,5
Là... Celui-ci a encore fourni la première impulsion, là où le méson entre dans le scintillateur.

118
00:10:47,0 --> 00:10:53,0
Ce méson possède juste la bonne vitesse pour être ralenti par le fer jusqu'à s'arrêter dans le scintillateur.

119
00:10:54,0 --> 00:10:57,0
Il y reste ensuite pendant un instant avant de se désintégrer, ...

120
00:10:57,3 --> 00:11:01,0
... donnant ainsi la seconde impulsion lorsque le positron est émis.

121
00:11:02,0 --> 00:11:06,0
Le temps qu'il a fallu au méson pour s'arrêter est totalement négligeable sur notre échelle.

122
00:11:07,0 --> 00:11:12,0
On peut dire combien de temps le méson est resté immobile dans le scintillateur avant de se désintégrer, ...

123
00:11:12,2 --> 00:11:20,3
... parce que nous savons qu'il faut environ 2,9 µs pour le balayage du faisceau entre l'impulsion de départ et l'impulsion de désintégration.

124
00:11:22,5 --> 00:11:24,5
Regardons-en davantage.

125
00:11:25,5 --> 00:11:26,5
Là...

126
00:11:29,5 --> 00:11:30,5
Là...

127
00:11:31,5 --> 00:11:36,0
Vous voyez que ces impulsions arrivent à différents endroits sur l'écran de notre oscilloscope.

128
00:11:36,6 --> 00:11:40,0
Ceci indique que les mésons ne mettent pas tous le même temps avant ...

129
00:11:40,2 --> 00:11:43,0
... de se désintégrer en s'arrêtant à l'intérieur du scintillateur.

130
00:11:44,0 --> 00:11:51,0
Donc si nous voulons utiliser ces mésons comme horloges, il va nous falloir en accumuler un assez grand nombre.

131
00:11:52,0 --> 00:12:01,0
Pour rendre leur réception plus facile, nous allons déplacer l'impulsion de départ à un endroit pré-déterminé derrière le cache de l'écran de l'oscilloscope.

132
00:12:02,0 --> 00:12:06,0
Puis je vais déplacer la trace principale vers le haut derrière le 2è cache.

133
00:12:08,0 --> 00:12:12,0
Maintenant, tout ce que vous pouvez voir, c'est l'impulsion de désintégration.

134
00:12:14,0 --> 00:12:15,0
Là...

135
00:12:16,0 --> 00:12:17,0
Là...

136
00:12:19,0 --> 00:12:20,0
Là encore...

137
00:12:21,0 --> 00:12:24,8
Ce sont là les seules impulsions que nous avons besoin d'enregistrer.

138
00:12:28,0 --> 00:12:34,0
Vous avez vu les impulsions de désintégration apparaître de derrière le cache. Là ... laissez-moi vous les montrer.

139
00:12:38,0 --> 00:12:42,0
Tout ce qui nous intéresse, c'est l'endroit où les impulsions de désintégration se produisent sur notre échelle des temps.

140
00:12:43,0 --> 00:12:49,0
La manière la plus facile d'enregistrer ça, c'est d'utiliser cet appareil photo polaroïd.

141
00:12:51,0 --> 00:12:56,2
Si nous laissons l'obturateur ouvert, nous pouvons enregistrer, au cours d'une seule exposition, ...

142
00:12:56,4 --> 00:12:59,0
... jusqu'à environ 20 événements séparés les uns des autres.

143
00:13:00,0 --> 00:13:09,5
Nous avons aussi un photomultiplicateur qui réagit aux impulsions de désintégration à travers cette ouverture sur l'appareil.

144
00:13:10,0 --> 00:13:14,0
Avant de l'utiliser je dois le rendre étanche à la lumière de la pièce.

145
00:13:16,0 --> 00:13:23,8
La lumière émanant des impulsions de désintégration qui apparaissent de derrière le cache est captée par le photomultiplicateur.

146
00:13:24,2 --> 00:13:27,0
Voici la connexion haute tension avec le photomultiplicateur.

147
00:13:27,5 --> 00:13:31,0
Ce câble transmet le signal en provenance du photomultiplicateur.

148
00:13:31,2 --> 00:13:35,0
Il arrive dans cet amplificateur, à l'arrière ici.

149
00:13:35,5 --> 00:13:43,0
La sortie se trouve à l'arrière ici, et suit un circuit qui est en fait un circuit discriminateur utilisé comme pilote pour cet enregistreur.

150
00:13:43,5 --> 00:13:51,0
Cet enregistreur compte un par un les mésons mu qui sont entrés dans le scintillateur, ...

151
00:13:51,5 --> 00:13:56,0
 ...se sont désintégrés, et leurs impulsions de désintégration ont abouti sur le photomultiplicateur.

152
00:13:56,5 --> 00:13:59,3
Si tu as fini avec l'adhésif, Jim, je vais connecter la haute tension.

153
00:13:59,5 --> 00:14:01,5
OK.

154
00:14:02,5 --> 00:14:05,0
Je branche le compteur et j'ouvre l'obturateur du polaroïd.

155
00:14:11,0 --> 00:14:16,6
En voilà un. Souvenez-vous que le compteur donne une mesure en continu du nombre de mésons ...

156
00:14:16,7 --> 00:14:19,2
... qui se sont arrêtés et se sont désintégrés dans le scintillateur.

157
00:14:21,0 --> 00:14:23,0
On en prend 5 ou 10 ?

158
00:14:24,0 --> 00:14:25,0
5 suffira.

159
00:14:34,0 --> 00:14:38,0
Je vais préparer le tableau.

160
00:14:50,0 --> 00:14:53,0
Bien. Voici notre photo. Jetons-y un coup d'oeil.

161
00:14:54,0 --> 00:14:58,0
Vous voyez les impulsions qui y ont été enregistrées, les 5.

162
00:14:59,5 --> 00:15:03,0
L'impulsion de départ est ici, juste derrière le cache.

163
00:15:03,5 --> 00:15:07,0
Ce que nous voulons faire, c'est mesurer la durée de vie de chacun ...

164
00:15:07,3 --> 00:15:12,0
... de ces mésons pour que le professeur Frisch puisse transcrire les données.

165
00:15:14,0 --> 00:15:20,0
Voici une règle commode, qui est simplement un autre affichage de la grille sur l'écran de l'oscilloscope.

166
00:15:22,0 --> 00:15:36,0
Maintenant je mesure depuis le bord du cache et je vois que ce méson particulier a vécu pendant 1, 2, 3, 4, ... 4,85 µs.

167
00:15:40,0 --> 00:15:51,0
4,85. Je dessine sur cette échelle agrandie une ligne représentant le temps de désintégration de ce méson en µs.

168
00:15:53,0 --> 00:15:59,0
Maintenant le Professeur Frisch transcrit ces durées verticalement pour une raison qui apparaîtra plus tard, ...

169
00:15:59,5 --> 00:16:05,0
... mais je ne veux pas que vous pensiez que ça a quelque chose à voir avec la distance d'ici à là.

170
00:16:06,0 --> 00:16:13,0
Ca a à voir avec cette distance-ci, la durée de vie du méson dans le scintillateur.

171
00:16:16,0 --> 00:16:24,0
En voici un autre. Celui-ci n'a vécu que 0,65 µs.

172
00:16:27,0 --> 00:16:29,0
0,65.

173
00:16:32,0 --> 00:16:36,0
Et celui-ci ... 2,90.

174
00:16:40,0 --> 00:16:44,0
2,90 µs.

175
00:16:48,0 --> 00:16:55,0
Celui-ci ... 0,80.

176
00:16:57,0 --> 00:17:01,0
0,80 µs.

177
00:17:03,0 --> 00:17:08,0
Et le dernier ... 3,45. Oh non ... 3,5.

178
00:17:09,0 --> 00:17:16,0
3,50 µs. OK.

179
00:17:17,0 --> 00:17:22,0
Voici les lignes montrant l'instant de désintégration de ces 5 mésons que nous avons recueillis.

180
00:17:22,5 --> 00:17:29,0
Nous les avons mises côte à côte, juste pour les disposer ensemble, mais cet assemblage ne veut rien dire.

181
00:17:29,5 --> 00:17:32,0
C'est seulement le temps qui pointe dans cette direction qui est significatif.

182
00:17:32,5 --> 00:17:36,0
Pour voir ce que donne la distribution des temps de désintégration ...

183
00:17:36,5 --> 00:17:41,0
... nous allons avoir à prendre plusieurs centaines de mesures.

184
00:17:41,5 --> 00:17:44,0
Alors Jim, veux-tu démarrer une heure de fonctionnement ?

185
00:17:45,0 --> 00:17:47,0
Tu as une caméra pour filmer.

186
00:17:48,5 --> 00:17:49,5
Oui, il y en a une ici.

187
00:18:01,0 --> 00:18:03,0
Vous voyez le début des premiers comptages.

188
00:18:07,0 --> 00:18:10,0
Pour vous montrer une heure complète, nous allons comprimer le temps, ...

189
00:18:10,3 --> 00:18:14,0
... pour que vous puissiez vous la voir dans les 25 secondes à venir.

190
00:18:14,5 --> 00:18:19,0
De plus nous allons vous montrer des échantillons de photos polaroïd que nous allons prendre durant cette l'heure.

191
00:19:20,0 --> 00:19:22,0
568.

192
00:19:48,0 --> 00:19:54,0
Bon, voilà notre tableau terminé, basé sur les 568 comptages relevés pendant cette heure.

193
00:20:02,0 --> 00:20:07,0
Les 568 évènements que nous avons entrés dans notre tableau comme résultat d'une heure d'enregistrement.

194
00:20:07,5 --> 00:20:11,0
Auparavant nous avions enregistré différents comptages, tous pendant 1 heure.

195
00:20:11,5 --> 00:20:18,7
Et la moyenne en est 564, de sorte que les 568 que nous avons obtenus constituent ...

196
00:20:19,0 --> 00:20:24,0
... un bon échantillon du nombre de désintégrations observables en 1 heure dans notre scintillateur.

197
00:20:25,0 --> 00:20:30,0
Vous pouvez donc imaginer les mésons mu tombant en pluie continue chaque heure.

198
00:20:31,3 --> 00:20:37,0
Beaucoup de mésons ne vivent pas plus d'1 µs. Un peu moins vivent 2 µs.

199
00:20:37,5 --> 00:20:42,7
Mais au point où nous atteignons 5 µs, il ne reste qu'une petite fraction du nombre total originel.

200
00:20:43,0 --> 00:20:48,3
Et au point où nous atteignons 8,5 µs, qui est la plus longue durée que nous ayons obtenue ...

201
00:20:48,6 --> 00:20:52,0
... sur l'écran de l'oscilloscope, seulement très peu de mésons se sont désintégrés.


202
00:20:54,5 --> 00:21:01,6
Ce tableau est une représentation graphique des instants de désintégration des mésons ...

203
00:21:01,8 --> 00:21:06,0
... qui ont été arrêtés dans le scintillateur avant que nous mesurions leur temps de désintégration.

204
00:21:06,5 --> 00:21:11,0
Ils étaient au repos relativement à nous pendant le temps enregistré sur le tableau.

205
00:21:11,5 --> 00:21:13,0
Maintenant nous arrivons à la partie la plus difficile de l'expérience.

206
00:21:13,5 --> 00:21:21,1
Qu'arrive-t-il à l'instant de désintégration des mésons mu quand, au lieu d'être immobiles relativement à nous, ...

207
00:21:21,3 --> 00:21:25,0
... ils filent vers le bas par rapport à nous à des vitesses proches de celles de la lumière ?

208
00:21:25,5 --> 00:21:27,0
Regardons le tableau plus précisément.

209
00:21:28,0 --> 00:21:37,8
Par exemple voici un méson qui a vécu 3,5 µs à l'arrêt dans notre réceptacle. Supposons que nous ne l'ayons pas arrêté, où serait-il allé ?

210
00:21:39,5 --> 00:21:45,5
Nous sommes ici au sommet du Mont Washington, 6300 pieds au-dessus du niveau de la mer.

211
00:21:46,0 --> 00:21:54,0
Nous avons arrêté ce méson à cet endroit. Si nous ne l'avions pas fait, il aurait continué à descendre pendant 3,5 µs avant de se désintégrer.

212
00:21:55,0 --> 00:22:06,5
Quelle distance est-ce que ça aurait représenté ? Il aurait parcouru une distance de 3,5x10-6 x v .

213
00:22:07,0 --> 00:22:13,0
Donc pour savoir à quelle distance il se serait désintégré, nous avons besoin de connaître sa vitesse v.

214
00:22:16,0 --> 00:22:19,5
Heureusement nous connaissons la vitesse des mésons qui ont été arrêtés dans notre scintillateur, ...

215
00:22:20,0 --> 00:22:24,0
... car nous savons maintenant quelle distance une particule chargée, de masse et de vitesse données, va parcourir à travers la matière.

216
00:22:25,0 --> 00:22:33,0
Un méson mu pénétrant le sommet des lingots de fer à 0,9950 fois la vitesse de la lumière, arrive juste en haut du scintillateur avant de s'arrêter.

217
00:22:34,0 --> 00:22:38,0
A une vitesse inférieure à 0,9950 fois c, elle s'arrête dans la pile de fer.

218
00:22:39,0 --> 00:22:43,0
Avec légèrement plus de 0,9954 fois c, elle traverse et s'arrête au fond du scintillateur.

219
00:22:44,0 --> 00:22:48,0
A de plus grandes vitesses, elle continue son trajet à travers la montagne.

220
00:22:49,0 --> 00:22:56,0
Donc les mésons que nous comptons ont des vitesses comprises entre 0,9950 et 0,9954 fois la vitesse de la lumière.

221
00:22:56,5 --> 00:23:00,0
Pour notre expérience actuelle nous n'avons pas besoin de cette précision.

222
00:23:00,5 --> 00:23:05,0
Disons simplement qu'ils ont approximativement la vitesse de la lumière, et vont donc à peu près à 1000 pieds à la µs.

223
00:23:05,5 --> 00:23:24,0
Ca nous donne v = 1000 pieds/µs. Pour ce méson particulier, ça aurait donné 3500 pieds avant de se désintégrer.

224
00:23:24,5 --> 00:23:32,0
Celui-ci, qui n'a duré que 2,4 µs, aurait continué 2400 pieds avant de se désintégrer.

225
00:23:33,0 --> 00:23:39,0
Celui-là, qui a duré presque 5 µs, aurait atteint presque 5000 pieds.

226
00:23:41,0 --> 00:23:47,0
Je peux donc en fait simplement rajouter cet axe ici en milliers de pieds, ...

227
00:23:49,0 --> 00:23:53,7
... et maintenant on peut simplement demander combien de nos mésons ont vécu ...

228
00:23:53,9 --> 00:23:58,0
... pour atteindre le niveau de la mer qui est à 6300 pieds en dessous de nous.

229
00:23:59,0 --> 00:24:10,0
Je pose un fil ici à 6300 pieds, et nous comptons simplement combien ont atteint ce niveau.

230
00:24:20,0 --> 00:24:22,0
Il y en a 27.

231
00:24:23,0 --> 00:24:28,0
Donc si nous descendons notre équipement au niveau de la mer, nous pouvons nous attendre à trouver 27, ...

232
00:24:28,3 --> 00:24:32,8
... ou approximativement 27 mésons s'arrêtant et mourant chaque heure dans le scintillateur plastique.

233
00:24:34,0 --> 00:24:39,2
Ce calcul est fondé sur la supposition que les mésons mu se désintégrent, ...

234
00:24:39,4 --> 00:24:42,1
... c'est à dire voit le temps s'écouler lorsqu'ils sont en vol, ...

235
00:24:42,3 --> 00:24:46,3
... de la même manière que lorsqu'ils sont au repos par rapport à nous.

236
00:24:47,0 --> 00:24:52,0
Cette supposition nous donne ces 27 mésons par heure quand on descend au niveau de la mer.

237
00:24:53,0 --> 00:24:58,0
Mais si on en compte sensiblement plus que ça, disons ce nombre-là, ça signifie ...

238
00:24:58,5 --> 00:25:02,0
... que les mésons se sont désintégrés comme si c'était cet intervalle de temps-ci qui s'était écoulé.

239
00:25:03,0 --> 00:25:08,0
En d'autres termes, nous calculons cet intervalle de temps-là pour leur trajet vers le bas : ...

240
00:25:08,5 --> 00:25:14,5
... 6,3 µs mais la mesure donnerait cet intervalle de temps-ci.

241
00:25:15,0 --> 00:25:22,0
C'est donc là notre expérience : descendre au niveau de la mer et voir combien il reste de mésons mu par heure.

242
00:25:44,0 --> 00:25:46,0
Altitude 5000 pieds

243
00:25:59,0 --> 00:26:02,0
OK. Fais passer le câble à travers.

244
00:26:15,9 --> 00:26:20,0
OK, Jim, tu peux rouler le scintillateur en dessous.

245
00:26:28,0 --> 00:26:30,0
Nous sommes ici au niveau de la mer, ...

246
00:26:31,0 --> 00:26:33,0
... et le matériel semble bien fonctionner.

247
00:26:34,0 --> 00:26:41,0
Dès que j'aurai assemblé ceci, nous essaierons de voir combien de mésons auront survécu au trajet depuis le Mont Washington.

248
00:26:41,0 --> 00:26:44,0
On rebranche le compteur. 

249
00:26:45,0 --> 00:26:47,0
Et bien, en voilà un de rapide.

250
00:26:51,0 --> 00:26:55,5
Pendant que nous comptons, examinons la situation.

251
00:26:57,0 --> 00:27:02,0
Nous avons compté les 568 mésons de notre graphique au sommet du Mont Washington.

252
00:27:02,5 --> 00:27:07,0
Maintenant que nous sommes descendus au niveau de la mer, voyons combien il en reste.

253
00:27:08,0 --> 00:27:12,6
Bien sûr, nous ne pourrons compter les survivants d'exactement les mêmes mésons ...

254
00:27:12,8 --> 00:27:15,0
... que nous avons comptés au Mont Washington, ...

255
00:27:15,2 --> 00:27:17,7
... du fait que tous ont été interceptés dans le scintillateur là-haut.

256
00:27:18,3 --> 00:27:22,8
Heureusement ça n'a aucune importance, car il n'y a rien de spécial chez ces mésons particuliers.

257
00:27:23,2 --> 00:27:29,5
En fait on n'aurait jamais pu dire exactement à quel moment l'un d'entre eux en particulier se sera désintégré.

258
00:27:29,7 --> 00:27:35,0
Ce que nous utilisons dans une horloge à mésons, c'est la distribution moyenne du temps de désintégration d'un grand nombre de mésons.

259
00:27:35,2 --> 00:27:40,7
Par conséquent, au lieu de ça, on peut compter les survivants d'une autre heure de mesures, du fait que, ...

260
00:27:40,9 --> 00:27:45,0
... comme nous l'avons vu là-haut, le nombre moyen est le même d'une heure à l'autre.

261
00:27:45,3 --> 00:27:49,0
Nous pourrions aussi nous installer au niveau de la mer juste en dessous du Mont Washington.

262
00:27:49,2 --> 00:27:55,0
Il nous faudrait forer un trou jusqu'en bas pour permettre aux mésons d'atteindre le rocher, mais les Appalaches n'apprécieraient pas.

263
00:27:55,5 --> 00:28:00,2
Donc nous sommes ici à Cambridge, Massachusetts, à 150 miles de distance ...

264
00:28:00,4 --> 00:28:07,9
... et nous comptons les mésons rescapés parmi ceux apparus à 6000 pieds au-dessus de notre position actuelle.

265
00:28:08,4 --> 00:28:16,2
L'intensité moyenne des rayons cosmiques est la même sur des distances horizontales de centaines de miles à la surface de la Terre.

266
00:28:16,5 --> 00:28:23,5
Donc il y a approximativement 568 mésons descendant depuis 6000 pieds au-dessus de nous pendant cette heure.

267
00:28:24,3 --> 00:28:27,0
Maintenant il y a quelque chose de différent dans notre installation ici en bas.

268
00:28:28,0 --> 00:28:35,3
Au sommet du Mont Washington nous utilisions une épaisseur de fer d'environ 2 pieds 1/2 pour trier nos mésons.

269
00:28:35,5 --> 00:28:43,0
Mais entre ici et 6000 pieds il y a une couche d'air équivalente en pouvoir d'arrêt à 1 pied d'épaisseur de fer.

270
00:28:43,5 --> 00:28:47,0
Alors pour compenser, nous avons enlevé 1 pied de fer de notre pile.

271
00:28:48,5 --> 00:28:53,0
Nous avons enlevé ce fer pour que les mésons s'arrêtent dans notre scintillateur ...

272
00:28:53,2 --> 00:28:59,0
... à une vitesse de 0,995c après avoir passé les 6000 pieds au-dessus de nous.

273
00:28:59,2 --> 00:29:04,2
C'est la même vitesse qu'avaient les mésons au sommet du Mont Washington, lorsque, ...

274
00:29:04,4 --> 00:29:06,2
... après être entrés dans le fer, ils se sont arrêtés dans le scintillateur.

275
00:29:06,8 --> 00:29:11,7
Cà n'est là qu'un des nombreux effets que nous avons dû prendre en compte dans cette expérience.

276
00:29:12,0 --> 00:29:16,0
Par exemple, tous les mésons mu ne tombent pas de manière rectiligne.

277
00:29:17,0 --> 00:29:23,0
Egalement, quelques mésons mu sont produits par d'autres rayons cosmiques entre 6000 pieds et le niveau de la mer.

278
00:29:24,0 --> 00:29:29,0
De plus certains mésons mu arrêtés dans notre scintillateur produisent des interactions nucléaires.

279
00:29:30,0 --> 00:29:37,0
Nous estimons que nous avons correctement pris en compte ces éléments, et que leur effet sur le résultat final est limité.

280
00:29:38,0 --> 00:29:41,0
Maintenant examinons l'arrivée d'autres mésons.

281
00:29:45,5 --> 00:29:49,4
13 ... c'est beaucoup plus que ce à quoi nous nous attendions.

282
00:29:50,0 --> 00:29:54,0
Patientons une heure entière pour obtenir des statistiques fiables.

283
00:29:57,0 --> 00:30:15,0
409, ... 410, ... 411, ... 412 ...

284
00:30:15,5 --> 00:30:17,0
Bien. Nous voilà au bout d'une heure.

285
00:30:17,5 --> 00:30:23,0
Au lieu de 27, il nous en reste 412 au niveau de la mer.

286
00:30:23,6 --> 00:30:27,0
Ca correspond à la partie supérieure de notre graphique.

287
00:30:29,0 --> 00:30:36,0
J'ai reporté ici sur un tableau le nombre de mésons rescapés en fonction du temps ...

288
00:30:36,5 --> 00:30:39,0
... pour notre horloge à distribution de désintégration de mésons, ...

289
00:30:39,3 --> 00:30:45,0
... et 412 correspond approximativement à seulement 0,7 µs.

290
00:30:46,0 --> 00:30:53,0
0,7 µs, durée de vol lorsqu'elle est mesurée par la distribution du temps de désintégration des mésons en mouvement, ...

291
00:30:53,2 --> 00:31:02,0
... donnée résultant des 6,3 µs de temps de vol, lorsqu'il est mesuré par des horloges au repos par rapport à nous.

292
00:31:04,0 --> 00:31:13,0
0,7 divisé par 6,3 = 1/9

293
00:31:14,0 --> 00:31:19,0
Ces mésons se déplaçant par rapport à nous à 0,99 fois la vitesse de la lumière ...

294
00:31:19,3 --> 00:31:24,0
... nous donnent le temps égal à 1/9 de la valeur qu'ils présentent lorsqu'ils sont au repos par rapport à nous.

295
00:31:31,0 --> 00:31:33,0
Nous avons utilisé des particules radioactives, les mésons mu, ...

296
00:31:33,3 --> 00:31:36,0
... pour vous montrer que les horloges en mouvement tournent moins vite.

297
00:31:37,0 --> 00:31:42,0
Mais je ne veux pas que vous fassiez l'erreur de croire que ça a quelque chose à voir avec le genre particulier d'horloge que nous utilisons.

298
00:31:43,0 --> 00:31:46,7
Des expériences équivalentes ont été faites avec d'autres horloges, Adams par exemple.

299
00:31:46,9 --> 00:31:49,6
Et les résultats ont été invariablement les mêmes.

300
00:31:49,8 --> 00:31:52,5
En fait, si nous pouvions les mettre en mouvement à des vitesses suffisamment élevées, ...

301
00:31:52,7 --> 00:31:55,0
... nous pensons que nous pourrions faire la même expérience, avec un réveil par exemple.

302
00:31:55,5 --> 00:32:01,5
Supposons que nous mettions en mouvement un réveil devant le premier de deux réveils fixes, ...

303
00:32:01,7 --> 00:32:05,0
... alors que les trois donnent exactement la même heure initiale, ...

304
00:32:05,2 --> 00:32:16,4
... et que, 15 minutes plus tard, il passe devant le second de ces deux réveils, c'est-à-dire à l'instant 15 minutes pour le réveil fixe.

305
00:32:16,7 --> 00:32:22,0
Le résultat de notre expérience-méson nous fait penser que ce réveil en mouvement, ...

306
00:32:22,2 --> 00:32:26,9
... s'il avait été animé de la même vitesse que les mésons mu, ...

307
00:32:27,1 --> 00:32:33,0
... nous aurait donné 1/9 de 15 minutes, donc 1 minute 40 secondes après l'heure initiale.

308
00:32:34,0 --> 00:32:38,0
Or, c'est ainsi qu'il nous apparaît, au repos par rapport à ces réveils-là.

309
00:32:38,0 --> 00:32:44,0
Comment serait-il apparu à quelqu'un voyageant sur le réveil en mouvement, ...

310
00:32:44,2 --> 00:32:48,1
... ou voyageant avec un de nos mésons ? Qu'en est-il ?

311
00:32:49,0 --> 00:32:53,0
Pour quelqu'un voyageant avec le méson, le méson semblerait au repos.

312
00:32:54,0 --> 00:33:02,0
D'abord, le sommet du Mont Washington le dépasserait à 0,99 fois la vitesse de la lumière, ...

313
00:33:04,0 --> 00:33:16,0
... et puis quelques instants plus tard il verrait le niveau de la mer le dépasser à la même vitesse.

314
00:33:18,0 --> 00:33:25,0
Le méson sur lequel il est assis lorsque le Mont Washington le dépasse a quelque chance de survivre jusqu'au niveau de la mer.

315
00:33:26,0 --> 00:33:34,0
Notre distribution de désintégration nous apprend que, s'il voyage avec 568 mésons, les uns après les autres, ...

316
00:33:36,0 --> 00:33:44,7
... environ 412 d'entre eux au moins survivront jusqu'à l'arrivée au niveau de la mer.

317
00:33:45,0 --> 00:33:48,0
En conséquence, à partir de cette distribution du temps de désintégration, ...

318
00:33:48,3 --> 00:33:52,5
... il considérera 0,7 µs comme la durée la plus probable ...

319
00:33:52,6 --> 00:33:57,0
... entre le passage au sommet du Mont Washington et le passage au niveau de la mer.

320
00:33:57,7 --> 00:34:03,4
Pour notre observateur voyageant sur le méson, la distance entre le sommet du Mont Washington et le niveau de la mer ...

321
00:34:03,7 --> 00:34:07,3
... est la distance que tout objet parcourt à 0,99 fois la vitesse de la lumière en 0,7 µs, ...

322
00:34:07,5 --> 00:34:13,0
... ce qui, selon notre échelle de distance, représente seulement environ 700 pieds.

323
00:34:13,3 --> 00:34:18,5
Le Mont Washington apparaît donc comme ayant une altitude de seulement 700 pieds.

324
00:34:22,5 --> 00:34:27,0
Un simple saut à dos de méson peut faire d'une montagne une taupinière.

325
00:34:30,0 --> 00:34:38,3
Ceci est un exemple de la contraction de Lawrence Fitzgerald dans laquelle une longueur en mouvement est contractée d'un facteur ...

326
00:34:38,4 --> 00:34:48,4
... racine de (1 -  v²/c²) dans la direction de son mouvement, lorsqu'elle se déplace à la vitesse v par rapport à un observateur.

327
00:34:48,7 --> 00:34:53,5
C'est exactement le même facteur qu'Einstein attribue à la dilatation du temps.

328
00:34:54,0 --> 00:34:58,2
L'expérience que nous avons conduite peut être interprétée comme  une démonstration ...

329
00:34:58,4 --> 00:35:03,0
... que les horloges en mouvement tournent moins vite alors que les longueurs en mouvement se contractent.

330
00:35:03,2 --> 00:35:08,0
Je dis les horloges et les longueurs, afin d'insister une fois de plus sur le fait que ...

331
00:35:08,2 --> 00:35:11,4
... ce que nous avons fait est vrai de toutes les horloges et de toutes les longueurs, ... 

332
00:35:11,7 --> 00:35:15,0
... pas seulement des mésons et du Mont Washington. 

333
00:35:19,0 --> 00:35:28,0
Sous-titrage JF MAGNIEN et P MAGNIEN