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