Le programme de cette
année vise
à couvrir de façon
orthogonale nos
connaissances
sur la notion de Vide aussi bien en Physique des
Particules que
en Cosmologie et de
souligner les aspects complémentaires
et/ou contradictoires.
Chaque cours durera
1h30 avec un
temps dédié aux questions et discussions.
Une
histoire du Vide Etienne KLEIN (DSM-CEA) (1 cours) On définit habituellement
le vide comme étant ce qui reste dans un récipient
après qu'on en ait extrait tout ce que l'on peut en enlever. Cette conception est commode, et d'ailleurs c'est elle que nous avons en tête lorsque nous parlons habituellement du vide. Toutefois, il faut bien voir qu'une telle définition est en réalité toute théorique, car il n'est jamais possible de purger un récipient de toutes ses molécules d'air ni de tout son rayonnement électromagnétique. Cette impossibilité pratique, qui empêche de réaliser un ``vrai vide'', impose de ne parler de lui qu'au conditionnel : ``le vide serait ce qui resterait si on enlevait tout''. Mais que doit-on inclure dans ce tout que l'on enlève ? Doit-on considérer, par exemple, que l'espace ne fait pas partie du vide ? On se doute que la réponse à une telle question pourrait ne pas être la même selon que l'on interroge la théorie de la relativité ou la physique quantique, qui n'envisagent pas le même genre de catégories d'objets. En fait, chaque branche de la physique munit ``son vide'' d'un cortège de propriétés nécessaires, le faisant ressembler tantôt à l'espace, tantôt à un fluide énergétique, tantôt à une forme d'éther. D'une façon générale, c'est seulement à partir des objets auxquels on reconnaît une existence et qu'on est capable de penser qu'il est possible de définir, par antithèse, tel ou tel type de vide. Le vide est donc dépendant de mobilier ontologique que se donne la théorie que l'on choisit comme référence. C'est d'ailleurs pourquoi il est possible de retracer une ``histoire du vide'' ainsi que nous tenterons de le faire. Elle nous montrera qu'au cours de l'évolution des idées, le vide a constamment été balotté entre le néant (le vide n'est rien ou n'est pas) et l'existence (le vide est quelque chose de particulier). |
Le
Vide en théorie des champs et
gravitation Jean Iliopoulos (ENS ) (4 cours) |
Fluctuations
du vide et Force de Casimir Serge Reynaud (LKB) (3 cours) Cours
1 :
L'existence de fluctuations du champ électromagnétique dans le vide est une prédiction centrale de la théorie quantique. Ces fluctuations ont de nombreux effets observés et bien compris en physique microscopique, par exemple l'émission spontanée ou les déplacements de Lamb, les forces de van der Waals... Elles sont également étudiées de manière détaillée par leurs effets en optique quantique : fluctuations d'intensité dans les faisceaux lumineux, fluctuations de phase dans les interféromètres... Dans ce dernier domaine on a même appris depuis une vingtaine d'années à contrôler ces fluctuations afin d'en maîtriser les effets néfastes dans les mesures de précision. Cours 2 : L'archétype des effets observables des fluctuations du vide sur des objets macroscopiques est la force de Casimir apparaissant entre deux miroirs. Cette force est aujourd'hui mesurée avec une bonne précision par plusieurs expériences qui seront décrites. L'accord avec les prédictions théoriques est bon, au niveau du %, pourvu que soient prises en compte dans le calcul les conditions précises des expériences avec, par conséquent, des ``corrections'' de la formule idéale de Casimir liées à la géométrie, la réflexion imparfaite des miroirs métalliques, leur rugosité ou la température non nulle. Cette comparaison théorie-expérience permet non seulement de confirmer une prédiction centrale de la théorie quantique, mais aussi de contraindre (aux distances submillimétriques) les ``nouvelles forces faibles'' prévues par les modèles d'unification. Cours
3 :
La présence de fluctuations inévitables dans l'espace vide a aussi des conséquences observables en principe sur des miroirs en mouvement. Ces conséquences peuvent être considérées comme ce qui reste à la limite de température nulle de la force de friction existant pour un miroir se déplaçant dans un champ à l'équilibre thermodynamique (un exemple de relation entre fluctuations et dissipation). L'effet est très petit pour un miroir oscillant dans le vide mais il est multiplié par un facteur de l'ordre de la finesse pour une cavité, ce qui permet de se rapprocher de l'objectif d'une observation. Plusieurs idées proposées pour permettre d'arriver à cette mise en évidence seront discutées. |
Vide
et Particules Jean-Marie Frère (ULB) (4 cours) Cours 1 : Le vide en théorie des Champs Énergie de repos des oscillateurs et Énergie du Vide Contributions opposées des bosons et fermions - motivation pour la supersymétrie Cours 2 : Polarisation du vide Aspect intuitif (écrantage) Contribution des particules virtuelles : corrections radiatives et sensibilité de la théorie aux particules de hautes énergies Détermination indirecte de la masse du quark top Cours 3 : Brisure de symétrie Théorème de Goldstone Le cas du pion Génération de la masse des bosons vectoriels Cours 4 : Quelques perspectives Dimensions supplémentaires; les conditions au bord affectent ``le vide'' (génération de masses, boucles de Wilson/Hosotani, brisure éventuelle de CP) |
Le
Vide dans l’Univers primordial Julien Lesgourgues (LAPTH) (4 cours) Pour doter l'Univers primordial de conditions initiales les plus simples et les plus symétriques possibles, on peut imaginer que le scénario de Big-Bang Chaud ait commencé par un vide d'énergie non nulle, légèrement hors-équilibre, et modulé par de petites fluctuations quantiques. Ce paradigme est naturellement réalisé dans le cadre de la théorie de l'inflation. Nous verrons comment ce scénario aboutit à des prédictions vérifiables, notamment grâce à l'évolution des fluctuations primordiales, et comment nous pouvons obtenir aujourd'hui des informations sur ce vide initial. Nous parlerons enfin de la compatibilité de ce scénario avec les modèles de physique des hautes énergies. D'autre part, en complément du cours sur ``le vide dans l'Univers actuel'', nous passerons en revue diverses propositions plus ou moins motivées par des modèles de physique des hautes énergies ou de gravité pour expliquer l'accélération récente de l'expansion. |
Le
Vide dans l’Univers actuel Alain Blanchard (LATT) (3 cours) Si la cosmologie est une interrogation très ancienne, elle est aussi une science très jeune qui a connu des avancées très spectaculaires ces dernières années. La relativité générale fournit le cadre de travail indispensable pour décrire l'univers. Dès la formulation initiale d'Einstein, un terme de "constante cosmologique" est introduit, pour être ensuite éliminé pendant près de soixante-dix ans. Le modèle du big bang, basé sur la physique avérée, a d'abord conduit à un certain nombre de prédictions qui ont permis sa validation comme théorie scientifique. Ultérieurement, plusieurs extensions ont conduit à conclure à la nécessité d'introduire de nouvelles hypothèses compte tenu des observations : existence de fluctuations primordiales, existence d'une matière noire non-baryonique dont les origines sont à chercher dans la physique des très hautes énergies inaccessibles de façon directe au laboratoire. Plus récemment les observations ont conduit à introduire une nouvelle composante, l'énergie noire aux propriétés très similaires à la constante cosmologique d'Einstein. Les faits majeurs qui conduisent à ces conclusions seront présentés et discutés, pour permettre d'estimer le niveau de confiance qu'on peut avoir sur ces différentes conclusions. |