MOOC « Voyages de l’infiniment grand à l’infiniment petit »

P1. Panorama

• distances observées, énergies requises; ; différentes disciplines
• panorama historique – découvertes
• « animations » de la nouvelle affiche des composants élémentaires
• ordre de grandeur et unités

P2. Atome, noyau, quark

• mise en évidence des atomes, de l'électron, du noyau atomique
• composition en proton et neutron, tableau de Mendeleïev
• stabilité et instabilité des noyaux radioactifs
• la radioactivité beta et les quarks
• composition des protons et neutrons en quarks

P3. E=mc² et alors ?

• énergie de masse et illustration : fission et fusion de noyaux, création de nouvelles particules
• physique des particules relativiste par nature
• découverte de l'antimatière
• propriétés : charges, création et annihilation de paires

P4. Les interactions fondamentales

• les quatre forces fondamentales
• les bosons vecteurs, illustration avec le photon

P5. Le modèle standard

• structure du tableau (quarks et leptons, bosons vecteurs) et leur répétition
• rôle particulier du boson de Higgs dans le modèle standard — et sa découverte
• les réussites du modèle standard

P6. Les accélérateurs de particules

• créer de nouvelles particules par des collisions d'énergie très élevées
• principes généraux des accélérateurs de particule (aimants pour accélérer et dévier, paquets)
• illustration avec des accélérateurs passés (LEP, Tevatron, LHC)

P7. Voir ou ne pas voir

• deux chemins : relativité (production directe) ou mécanique quantique (production indirecte)
• qu’est-ce qu’une observation dans chacun des deux cas ?
• complémentarité

P8. Détecter les particules

• exemple du LHC (CMS + animation ATLAS montrant le passage des particules à travers des différentes couches de détecteur)
• les étapes d'une analyse
• la notion d'incertitude
• l'accumulation de données
• la comparaison entre théorie et expérience

P9. LHC

• rappel rapide de ses principales caractéristiques (collisionneur + détecteurs), déjà vues dans les cours précédents
• résultats du Run 1
• Long Shutdown 1
• début du Run 2
• perspectives à plus long terme / que faire après le LHC !

P10. Avenir

• au-delà du MS : quelques raisons pour vouloir étendre le modèle standard, en particulier l'unification des forces et l'introduction de la gravité
• le jeu pour des théories au-delà du modèle standard
• projets futurs: ILC, super LHC
• connexions avec infiniment grand

G1. Panorama

• échelles de distance : année lumière, distances caractéristiques – Terre-Lune, Terre-Soleil, système solaire, étoile la plus proche, galaxie, âge/taille de l’Univers
• structures de l’Univers
• dilatation de l’espace-temps
• voir loin c’est voir dans le passé
• composition de l’Univers

G2. Lumière et autres messagers

• Les différents messagers (photons, particules chargées, neutrinos)
• les gammes d’énergie associées aux différents phénomènes
• les outils d’étude : télescopes versus ballons versus satellites

G3. Étoiles

• fonctionnement d’une étoile : astro et nucléaire
• vie et mort d’une étoile

G4. Forces

• l’électromagnétisme
• la gravitation — + la relativité générale

G5. Structures

• structuration en galaxies, amas de galaxies, superamas de galaxie
• études expérimentales de cette structuration
• simulations

G6. Histoire de l’Univers

• big-bang, inflation, transitions, âges sombres, premières étoiles, grandes structures
• expansion de l’Univers, et accélération de cette expansion

G7. Composition de l’Univers

• CMB + supernova surveys
• composition énergétique de l’Univers
• matière noire et énergie noire

G8. Satellites

• les limites des télescopes terrestres
• les défis de l’observation dans l’espace
• illustration avec Planck

G9. Tests de la relativité générale

• pulsars et trous noirs
• lentilles gravitationnelles
• ondes gravitationnelles
• expériences associées (Virgo…)

G10. Futur

• questions théoriques en suspens (matière noire, énergie noire, grandes structures de l'Univers)
• quelques exemples: LSST, Euclid (énergie et formation des structures), Athena, JWST