Zooniverse est un portail de science citoyenne, extension du projet original Galaxy Zoo qui invitait les internautes à classer les galaxies. Contrairement à des projets tels que SETI@Home, ce type de projet ne demande pas simplement du temps-calcul aux internautes, mais réclame aussi leur attention : c’est l’utilisateur qui fait le travail.

Plusieurs projets sont actuellement proposés :

• Moon Zoo (repérage des cratères lunaires)
• Galaxy Zoo (classement des galaxies)
• Old weather (digitalisation des observations météo de la Royal Navy durant la Première Guerre mondiale)
• Solar Stormwatch (observation de l’activité solaire)
• Galaxy Zoo Mergers (retrouver des résultats de simulation de galaxies en interaction dans le SDSS)
• Galaxy Zoo Supernovae (détection de supernovae)
• Planet Hunters (chasse aux exoplanètes par la méthode des transits sur des données du satellite Kepler)
• The Milky Way Project (Recherche de diverses structures dans des images de la Voie lactée)
• Ice Hunters (Recherche d’Objets de la Ceinture de Kuiper)
• Ancient Lives (Transcription de Papyri d’Oxyrhynque. Ces papyri appartiennent à la Fondation pour l’exploration de l’Égypte et leurs textes seront ensuite publiés et numérisés par la fondation. )

https://www.zooniverse.org/

Orbiter est le meilleur Simulateur spatial 3D gratuit existant. Ecrit par le Dr. Martin Schweiger, Ph.D. il est doté de graphismes exceptionel mais ne faite pas l’erreur de le prendre pour un simple jeux, doté en interne d’un moteur physique et mathématique complexe il rend les voyages spatiaux dans le système solaire très réaliste. Envie de vous poser sur Phobos, Mars ? Venus ? envie de refaire les voyages d’Apollo de Mer/spirit de vous docker à la station spatiale internationale ou piloter le faucon Millenium ? Orbiter vous permet tout ça et bien plus encore.

Une communauté de passionné y compris francophones à crée des tonnes d’addons pour ce simulateur que ce soit des vaisseaux spatiaux historiques ou futuristes, des bases spatiales ou des instruments il y en a pour tous les goûts. Ce site héberge principalement le forum de la communauté francophone d’Orbiter ainsi que mes add-ons dons le principal est “OrbiterSound” qui donne un environnement sonore complet à Orbiter étant lui-même dépourvu nativement de sons. Je vous invite à lire l’introduction ci-dessous qui vous donnera toutes les instructions pour installer Orbiter et faire vos premiers pas avec ce simulateur exceptionnel.

http://orbiter.dansteph.com/index.php

Projet de l’Agence spatiale européenne (ESA), GAIA est une mission d’astronomie dont le lancement est prévu en 2012.

Ses objectifs affichés sont ambitieux puisque la sonde doit cartographier en 3D plus d’un milliard d’objets de notre galaxie avec une précision allant jusqu’à 7 microsecondes d’arc (une seconde d’arc équivaut à 1/3600e de degré), ce afin de mieux comprendre les mécanismes de formation des galaxies.

Grâce à ses observations spectroscopiques, GAIA doit aussi contribuer à mieux comprendre le fonctionnement interne des étoiles ainsi qu’à mieux mesurer l’influence de la matière noire. Sa précision lui permettra également de participer à la chasse aux exoplanètes ainsi qu’à mesurer la courbure des rayons lumineux due aux effets gravitationnels.

Prévue pour être lancée en novembre 2012 depuis la Guyane par un lanceur Soyuz, la sonde est actuellement en phase de réalisation par Astrium. Elle se composera de 3 détecteurs installés sur le même télescope, servant à des mesures d’astrométrie, de photométrie ainsi que de spectroscopie sur chaque objet observé.

Son positionnement assurera une observation uniforme du ciel et donc un échantillonnage régulier avec environ 100 observations par objet sur la durée de vie de la sonde.

Le CNES et les laboratoires français jouent un rôle majeur dans le développement et la mise en place de l’architecture matérielle et logicielle de traitement des données qui devra traiter pendant 5 ans l’ensemble des données GAIA – un volume estimé à plus d’un pétaoctet (1000 To).

GAIA est une mission d’astronomie, sixième pierre angulaire du programme scientifique de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) comprenant les missions Rosetta, Herschel, Planck, Lisa et BepiColombo.

Sa mission est extrêmement ambitieuse, puisqu’il s’agit de cartographier une partie de notre galaxie en localisant et caractérisant un milliard d’étoiles ou autres astres. Outre cet objectif de quantité “astronomique”, GAIA a des objectifs de précision de localisation aussi ambitieux : de 300 µas (micro arc-seconde) pour les étoiles les moins brillantes (magnitude 20) à 7 µas pour les plus brillantes (magnitude 12) ; par comparaison 24 µas correspond à l’épaisseur d’un cheveu vu à 1000 km !

GAIA fera la cartographie de notre galaxie en trois dimensions, en estimant les distances des étoiles à la Terre et leur vitesse propre. Au-delà de cette mission d’astrométrie, GAIA devrait découvrir et inventorier des dizaines de milliers d’objets inconnus à ce jour : étoiles naines brunes et blanches, supernovae, planètes naines et astéroïdes du système solaire… et de très attendues exoplanètes.

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Gaia, le super cartographe stellaire de l’ESA vient de passer un test crucial en préparation de son lancement en 2013 : le tout premier déploiement de son bouclier solaire.

Le bouclier solaire de Gaia est un élément essentiel de la mission. Il maintient Gaia dans l’ombre, ce qui permet d’usure à son instrumentation scientifique une température constante aux alentours de -110°C.

Le bouclier mesure environ 10 m de diamètre, ce qui est bien trop pour la coiffe de n’importe quel lanceur spatial, aussi a-t-il été divisé en une douzaine de panneaux repliables qui seront déployés une fois dans l’espace.

Comme ce bouclier a été conçu pour être ouvert en impesanteur il ne peut supporter son propre toi sur Terre. C’est pourquoi au cours de cet essai chez Astrium à Toulouse, un système complexe de câbles, de contrepoids et de poulies a été installé pour simuler des conditions d’impesanteur et fournir ainsi des conditions réalistes.

Ce système de compensation est visible sur la vidéo : il s’agit de l’ensemble de potences blanches qui entourent Gaia.

Cette vidéo est une version montée en accéléré de la séquence de déploiement. En temps réel, celle-ci prend environ 20 minutes. Au fur et à mesure de l’ouverture du bouclier, le corps de l’observatoire spatial lui-même est dévoilé.

Au cours des cinq années de sa vie opérationnelle prévue, Gaia va effectuer le recensement d’un milliard d’étoiles, soit environ 1% de toutes les étoiles de notre Galaxie. Elle observera chaque étoile environ 70 fois et à chaque fois, elle relèvera sa luminosité, sa couleur et surtout sa position précise.

En comparant entre elles les séries d’observations de très grande finesse réalisées par Gaia, les astronomes pourront mesurer avec précision le mouvement apparent de chaque étoile à travers les cieux, ce qui leur permettra de déterminer leur distance et leur mouvement véritable à travers l’espace.

Ces résultats sans précédent donneront aux astronomes la possibilité de reconstituer l’histoire de la Voie Lactée.

Avant le lancement de 2013, une partie des panneaux solaires nécessaires à l’alimentation électrique de la mission seront fixés sur le bouclier. Les autres seront montés sur la base de l’observatoire lui-même.

Le bouclier solaire de Gaia a été développé et construit par Sener en Espagne. Le maître d’œuvre de l’observatoire est Astrium SAS en France.

En astrophysique, une lentille gravitationnelle, une macrolentille ou préférablement un mirage gravitationnel est un objet très massif (un amas de galaxies par exemple) se situant entre un observateur et une source « lumineuse » lointaine. La lentille gravitationnelle, imprimant un fort champ gravitationnel autour d’elle, aura comme effet de faire dévier les rayons lumineux qui passeront près d’elle, déformant ainsi les images que recevra un observateur placé sur la ligne de visée.

Prédits par la relativité générale d’Albert Einstein, plusieurs mirages gravitationnels ont depuis été observés par, entre autres, le télescope spatial Hubble. Loin d’être exotiques, ils sont abondamment présents lorsque l’on fait des clichés de champs profond de l’univers observable. Ils font l’objet de plusieurs études; leurs effets servent notamment à la détection de la matière noire présente dans notre univers.

Simulation de mirage gravitationnel. Voici ce que nous verrions si un trou noir se trouvait entre nous et une galaxie.

Un astre massif, tel qu’une étoile, un trou noir ou une galaxie, courbe la lumière.

En observant certaines galaxies ou certains quasars, on assiste quelquefois à de curieux effets optiques : leur image est dédoublée, triplée ou même quintuplée à quelques secondes d’arc de distance ou prennent la forme d’arcs incurvés autour d’un axe central. Ces images multiples sont en tous points en parfaites corrélations. D’après la relativité générale, une distribution de masse, par exemple le Soleil, dévie les rayons lumineux qui passent à proximité. Cela confirme l’existence d’une masse sombre déformante quelque part au centre du champ, entre l’objet et la Terre.

En cas d’alignement parfait de la source observée (telle qu’une étoile), de l’objet stellaire, jouant le rôle de lentille gravitationnelle – appelé également déflecteur – (tel qu’un trou noir) et de l’observateur, on ne verra plus l’étoile comme telle mais plutôt comme un anneau nommé anneau d’Einstein. Il se note: θ_E

La taille d’un anneau d’einstein est donnée par le rayon d’Einstein. Le voici en radians :

,

G étant la constante gravitationnelle,

M étant la masse de la lentille,

c étant la vitesse de la lumière,

d_L étant distance de l’observateur jusqu’à la lentille,

d_S étant la distance de l’observateur jusqu’à la source

d_LS étant distance entre la lentille et sa source

Les anneaux d’Einstein sont des phénomènes prédits par la théorie de la relativité générale et ce sont l’une des manifestations de la courbure de l’espace à proximité d’une masse importante. Encore appelé lentille gravitationnelle, ils apparaissent lorsque un objet très massif (un amas de galaxies ou un trou noir) se trouve entre un observateur et une source « lumineuse » lointaine. La masse de l’objet, imprimant un fort champ gravitationnel, , aura comme effet de faire dévier les rayons lumineux qui passeront près de lui, déformant ainsi les images que recevra un observateur placé sur la ligne de visée.

Des dizaines de structures de ce type ont été observé depuis la formulation de la théorie de la relativité. Leur analyse fournit de précieuses indication sur la courbure de l’espace et l’existence de la matière noire. Ce qui rend l’image d’Hubble exceptionnelle c’est qu’elle représente un double anneau d’Einstein autour d’une galaxie naine distante de 3 milliards d’années-lumière. Par sa gravité, cette galaxie déforme l’espace autour d’elle et dévie les rayons lumineux qui proviennent de deux galaxies, rigoureusement alignées avec la première, et situées à 6 et 11 milliards d’années-lumière. L’anneau interne est dû à la plus proche des deux galaxies d’arrière-plan. Outre son aspect esthétique, cette découverte fournit de précieuses indications sur la masse de la galaxie faisant office de lentille, dans ce cas un milliard de masse solaire.

Thalès de Milet est considéré comme le premier philosophe, scientifique et mathématicien grec. Il est d’abord un commerçant et un ingénieur mais il est aussi vu comme un homme politique, si l’on tient compte de sa participation au groupe des « Sept sages ». Il a eu une première femme nommée Cléfitis, puis une seconde femme nommée Apolide.

Thalès est le premier « penseur » connu de l’histoire. Sa philosophie de la nature fait de l’eau le principe explicatif de l’univers, d’où procèdent les autres éléments : air, feu et terre. Accordant une vitalité à cette matière unique et universelle, il estime que l’eau est le principe de toutes choses, que la terre n’est que de l’eau condensée, l’air de l’eau raréfiée, et qu’en dernière analyse tout se résout en eau :

« Thalès, le fondateur de cette manière de philosopher, prend l’eau pour principe, et voilà pourquoi il a prétendu que la terre reposait sur l’eau, amené probablement à cette opinion parce qu’il avait observé que l’humide est l’aliment de tous les êtres, et que la chaleur elle-même vient de l’humide et en vit ; or, ce dont viennent les choses est leur principe. C’est de là qu’il tira sa doctrine, et aussi de ce que les germes de toutes choses sont de leur nature humides, et que l’eau est le principe des choses humides. Plusieurs pensent que dès la plus haute antiquité, bien avant notre époque, les premiers théologiens ont eu la même opinion sur la nature : car ils avaient fait l’Océan et Téthys auteurs de tous les phénomènes de ce monde, et ils montrent les dieux jurant par l’eau que les poètes appellent le Styx. En effet, ce qu’il y a de plus ancien est ce qu’il y a de plus saint ; et ce qu’il y a de plus saint, c’est le serment. Y a-t-il réellement un système physique dans cette vieille et antique opinion ? C’est ce dont on pourrait douter. Mais pour Thalès on dit que telle fut sa doctrine. »

Son intérêt pour l’astronomie le poussa à faire de nombreuses observations sur les constellations. Il aurait été le premier à noter le voyage du soleil entre les deux Tropiques. Il établit aussi que certaines étoiles n’étaient pas toutes fixes par rapport aux autres et il les baptisa « Planètes », ce qui signifie corps errant. On dit même qu’il parvint à en répertorier les éphémérides. Il fut aussi le premier à constater que l’année ne comptait pas 365 jours, mais 365 et un quart.

On rapporte qu’il prédit l’éclipse de soleil du 27 mai 584 av. J.-C. Mais cette assertion relève très certainement de la légende. En effet, à cette époque, la prédiction des éclipses lunaires était relativement connue puisqu’elles se répètent sur un cycle de dix-huit ans (saros). Une éclipse lunaire est également visible de toute la partie de la Terre orientée vers la Lune. Mais il en va autrement pour les prédictions des éclipses solaires qui ne sont visibles que pendant quelques minutes sur une portion réduite du globe terrestre, et Thalès n’avait pas les connaissances requises pour faire de telles prévisions. Cela demande non seulement des moyens géométriques puissants mais aussi des calculs trigonométriques complexes, ainsi que des tables très élaborées, construites à partir d’éphémérides anciennes. Tous ces moyens ne seront à la disposition des astronomes que par Hipparque (190 à 120 av. J-C) grâce à sa théorie des épicycles. Les Babyloniens possédaient certes des éphémérides remontant au moins au VIII^e siècle, mais les autres éléments leur manquaient. Quoi qu’il en soit, quand l’éclipse se produisit, les Mèdes et les Lydiens alors en guerre furent pris d’une panique telle qu’ils conclurent un accord de paix.

C’est en son temps que remonte la connaissance de l’électricité puisqu’il savait déjà que l’ambre avait la propriété d’attirer les matériaux légers. À la suite de ces expériences, le mot « électricité » (ἤλεκτρον, elektron en grec ancien) est donné en référence à l’ambre jaune. Il est considéré comme un des créateurs de la physique, de la géométrie et de l’astronomie : il décrivit la Grande Ourse et conseilla aux marins de s’en servir pour se guider, calcula la durée de l’année et des intervalles des solstices aux équinoxes, évalua le diamètre apparent du Soleil et les grandeurs relatives de cet astre et la Lune.

Dans la physique d’Isaac Newton, le temps est absolu et les informations peuvent se transmettre à vitesse infinie : la force gravitationnelle, par exemple, est supposée se propager instantanément. Et la notion de simultanéité rejoint l’évidence de l’expérience quotidienne : si deux événements se sont produits à la même heure pour un observateur, il en est de même pour tout autre observateur.

Dans un diagramme de Minkowski : les plans de simultanéité suivant la vitesse relative de référentiels divers par rapport à un référentiel où les événements A, B et C sont simultanés.

Dans l’univers de la relativité restreinte proposée en 1905 par Albert Einstein, l’existence d’une vitesse limite (la vitesse de la lumière) et identique dans tous les référentiels galiléens unifie l’espace et le temps en une entité unique, appelée espace-temps, et leur fait perdre leur caractère absolu. La simultanéité entre deux événements perd son aspect d’évidence et devient aussi relative à l’observateur et son référentiel : deux événements se produisant au même moment pour un observateur donné pourront se produire à des instants différents pour un autre observateur.

En relativité restreinte, toute interaction (et toute information) est transmise au maximum à la vitesse de la lumière qui est la même dans tous les référentiels inertiels, ou encore indépendante de la vitesse de sa source. Voici une situation inspirée d’un exemple donné par Einstein, relatif à un train :

Supposons qu’au moment précis où le milieu O’ d’un train passe devant le point O situé sur la voie, les deux observateurs situés en O’ (dans le train) et O (sur le quai) voient deux signaux lumineux qui ont été émis depuis O (et O’) vers les deux extrémités du train. Les arrivées de ces signaux aux extrémités du train seront-elles simultanées pour les deux observateurs en O’ (dans le train) et O (sur le quai) ?

L’émission des signaux lumineux par rapport au train, vue par l’observateur dans le train.

Pour l’observateur dans le train, la lumière est émise depuis un point de l’espace situé au milieu du train, et la vitesse de la lumière étant la même dans toutes les directions de son référentiel (inertiel), les deux signaux arriveront simultanément aux deux extrémités et seront renvoyés simultanément vers lui, au milieu du train.

L’émission des rayons lumineux par rapport au train, vue par l’observateur sur le quai.

Pour l’observateur sur le quai, qui voit passer le train, la lumière a été émise depuis un point de l’espace et se diffuse à partir de ce point à la vitesse de la lumière, dans toutes les directions. Cet observateur, comprenant que l’arrière du train va à la rencontre de la lumière cependant que l’avant s’en éloigne, n’est pas surpris que l’arrière du train lui renvoie la lumière avant l’avant du train. Pour cet observateur, les deux signaux n’arrivent pas simultanément aux extrémités du train.
Conclusion : la simultanéité des deux événements, que constituent les arrivées des signaux lumineux aux extrémités du train, est relative à chaque observateur.

Voici une explication donnée par Einstein ^[3] :

Supposons que dans un référentiel deux éclairs soient déclenchés simultanément, l’un au point A et l’autre au point B. Puisque leurs déclenchements sont simultanés dans ce référentiel, les lumières émises par chacun arriveront simultanément au point O milieu de [AB] : 3^e dessin.

Supposons qu’un observateur O’ soit en mouvement vers B à la vitesse constante V et qu’à l’instant du déclenchement (instant observé dans le référentiel de la simultanéité) cet observateur est au point O. Le problème est de savoir si pour cet observateur O’ les deux déclenchements sont aussi simultanés.

Le parcours des deux rayons lumineux vu depuis le référentiel où leurs émissions sont simultanées.

 

Supposons qu’ils le sont aussi dans le référentiel où cet observateur O’ est immobile : comme au déclenchement l’observateur est au milieu de [AB] et que dans son référentiel la vitesse de la lumière ne dépend pas de celle de la source, il recevra simultanément les deux rayons lumineux.

S’il ne les reçoit pas simultanément, c’est que leurs émissions ne sont pas simultanées dans son référentiel.

On ne peut pas dessiner ce qui se passe dans le référentiel de O’ car on ne sait pas si initialement les deux déclenchements y sont simultanés ou non. Par contre on peut dessiner ce que voit l’observateur en O placé dans le référentiel où l’on est sûr que les déclenchements sont simultanés. Dans les dessins ci-contre, on comprend que cet observateur voit le rayon lumineux rouge atteindre O’ avant le rayon lumineux bleu : dans le référentiel de O, il n’y a pas coïncidence entre les rencontres de O’ et les rayons rouge et bleu. Donc il n’y a pas coïncidence dans le référentiel de O’ non plus !

Conclusion : comme O’ ne reçoit pas simultanément les rayons rouge et bleu, leurs émissions ne sont pas simultanées dans le référentiel de O’, alors qu’elles le sont dans celui de O.

Le diagramme ci-dessous éclaire la relativité de la simultanéité en relativité restreinte. Les repères galiléens (Ox,ct) et (O’x',ct’) sont reliés par une transformation spéciale de Lorentz, le second repère se déplaçant à la vitesse v.

Diagramme d’espace-temps de la relativité de la simultanéité. Deux événements, simultanés dans le repère (Ox,ct), ne le sont plus dans le référentiel (O’x',ct’) se déplaçant avec une vitesse v, selon Ox. Les unités de temps des repères Terre et fusée sont respectivement en jaune et marron.

 

Géométriquement, choisissant (Ox,ct) comme repère de référence, (O’x',ct’) se présente de telle sorte que les axes O’x’ et O’ct’ sont symétriques par rapport au cône de la lumière, chacun s’étant rapproché de l’angle ζ par rapport aux directions correspondantes Ox et Oct donné par :

Les deux événements E₁ et E₂ sont simultanés dans le repère (Ox,ct). Les axes de temps égaux dans chacun des repères sont les lignes parallèles aux axes Ox et O’x', respectivement. Manifestement dans le cas du schéma, l’événement E₂ a lieu avant E₁, vus du repère (O’x',ct’).

Un tracé géométrique adéquat des unités permet de vérifier graphiquement l’écart temporel, donné par les transformations de Lorentz :

Cet exemple prend un relief particulièrement saisissant si un des deux événements ci-dessus, E₁, consiste en une mesure de la polarisation d’un photon appartenant à une paire corrélée d’une expérience menée pour mettre en évidence le paradoxe d’Einstein, Podolski et Rosen.

Dans le référentiel (Ox,ct), si on considère que l’opération de mesure effectuée au point x₁ sur le photon 1 modifie instantanément la caractéristique correspondante du photon 2 en x₂, alors, dans le référentiel (O’x',ct’), pour que cette interprétation reste valable, il faut admettre que l’influence venue du photon 1 a rebroussé le temps vers le photon 2 (car dans ce référentiel, E₁ est plus tardif que E₂). Et réciproquement, si on considère que c’est la mesure sur le photon 2 qui influence le photon 1, un autre changement de référentiel inverserait la situation entre les deux évènements et amènerait la remarque symétrique entre E₁ et E₂.
Cette description dans différents référentiels galiléens, contradictoire avec la causalité, suggère que l’intrication quantique est un phénomène acausal par rapport à l’acte de mesure (et ne peut être, à ce titre, utilisée pour propager de l’information), et est non locale, aussi bien spatialement que temporellement. Elle souligne, de manière générale, la difficile cohabitation des principes de la physique quantique et de ceux de la physique relativiste, au moins tels qu’ils sont compris habituellement.

Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l’existence a été proposée en 1964 par Gerry Guralnik, C.R. Hagen, et Tom Kibble; Robert Brout et François Englert, aussi nommé « boson scalaire massif ou boson scalaire de brisure spontanée de symétrie (BSS) » par ceux-ciainsi que par Peter Higgs pour expliquer la brisure de l’interaction unifiée électrofaible en deux interactions par l’intermédiaire du mécanisme de Higgs. Il serait aussi le quantum du champ de Higgs.

Le boson de Higgs donnerait une masse non nulle à certains bosons de jauge (bosons W et boson Z) de l’interaction électrofaible leur conférant des propriétés différentes de celles du boson de l’électromagnétisme, le photon.

L’expérience déterminante sera celle qui permettra de produire un champ de Higgs, ou son équivalent quantique, le boson de Higgs. Sa découverte sera une confirmation du modèle standard qui le prédit et dont la cohérence dépend de son existence. Le boson de Higgs n’apparaîtrait qu’à des énergies supérieures ou égales à 115 GeV et on a pensé un temps qu’il avait été mis en évidence au LEP en 2000. Cette observation a été peu convaincante : la signifiance statistique était trop faible. Néanmoins, si on le découvre, cela permettrait de vérifier les concepts d’unification et de les étendre à un domaine d’énergie plus élevé. Actuellement la limite inférieure de la masse du boson de Higgs est de 114,4 GeV⋅c^-2 (à 95 % C.L., c’est-à-dire 95 % de l’intervalle de confiance). Au-dessous de cette valeur, il n’y a eu aucune découverte statistiquement valable.

D’autre part, d’après la formule de base de la Relativité E=mc² et toutes les réactions d’annihilation matière-antimatière effectuées ; il semble bien que, situé à l’origine de la masse, si ce boson existe, il sera neutre et, tout comme le photon, susceptible de représenter son antiparticule.

Le LHC, qui remplace le LEP et est opérationnel depuis le 10 septembre 2008, fera de la recherche du boson de Higgs l’une de ses priorités : s’il existe, il devrait être possible de l’observer (à plus de 99 % C.L.) en moins de 5 ans, quelle que soit sa masse (jusqu’à environ 800 GeV⋅c^-2). Le LHC ou le Tevatron (collisionneur proton antiproton) pourraient découvrir un boson de Higgs qui satisfasse au modèle standard ou 5 bosons de Higgs (trois neutres et deux portant des charges électriques) selon la prédiction du modèle supersymétrique.

Quel mécanisme, dans la théorie électrofaible, génère la masse des bosons W⁺, W^- et Z° ? Pourquoi le photon n’acquiert-il pas de masse ? Les masses des fermions sont-elles reliées à ce mécanisme ? Pourquoi les masses des quarks sont-elles si différentes les unes des autres ? Pour tenter de répondre à ces questions, on introduit la notion de symétrie, et de sa brisure, dans la théorie électrofaible. Les régularités dans le comportement des particules sont appelées symétries et elles sont étroitement reliées aux lois de conservation. La symétrie est aussi reliée au concept de l’invariance : si un changement effectué dans un système physique ne produit aucun effet observable, le système est dit invariant au changement, impliquant une symétrie (voir théorème de Noether).

L’unification électrofaible est fondée sur le concept que les forces sont générées par l’échange de bosons. Lorsqu’on dit qu’il existe une force entre deux fermions (spin 1/2), c’est aussi dire qu’ils sont en train d’échanger des bosons. Il faut maintenant comprendre comment les bosons transmetteurs des forces fondamentales acquièrent une masse. Dans le cas de l’unification électrofaible, comment les bosons W^± et Z° acquièrent-ils une masse alors que ce n’est pas le cas pour le photon ?

Les symétries de jauge requièrent que les transmetteurs de force (bosons de jauge) soient de masse nulle. Pour contourner le problème de la masse des bosons, Salam, Glashow et Weinberg ont dû inventer un mécanisme pour briser la symétrie de jauge permettant aux W^± et Z° d’acquérir une masse. De tels mécanismes avaient été développés dans d’autres contextes par divers théoriciens : Yoshiro Nambu, Jeffrey Goldstone, Sheldon Glashow, Peter Higgs et Philip Anderson. L’idée est de postuler l’existence d’un nouveau champ, qu’on surnomme champ de Higgs.

Le champ de Higgs est différent des autres champs puisqu’à basse température (énergie), l’espace « préfère » être rempli de particules de Higgs que de ne pas l’être. Les bosons W^± et Z° interagissent avec ce champ (contrairement au photon), et avancent à travers l’espace comme s’ils se mouvaient dans une « mélasse » épaisse. De cette manière, ils acquièrent une masse effective. A haute température (énergie), les interactions dans le champ de Higgs sont telles que l’espace n’est plus rempli de cette mélasse Higgsienne, les W^± et Z° perdent leur masse et la symétrie entre les W^± , Z° et le photon n’est plus brisée, elle est restaurée. On dit qu’elle est manifeste.

Le champ de Higgs permet de préserver la symétrie à haute énergie et d’expliquer la brisure de la symétrie à basse énergie. Il est responsable de la masse des bosons électrofaibles, mais interagit aussi avec les fermions (quarks et leptons). Ils acquièrent ainsi une masse. Les plus légers sont les neutrinos (jusqu’à récemment, nous les croyions de masse nulle), vient ensuite l’électron avec une masse de 0,511 MeV⋅c^-2. Tout en haut de l’échelle vient le quark top, qui est de loin la particule élémentaire la plus lourde avec ses 175 GeV⋅c^-2.

Les particules (bosons, fermions) acquièrent une masse à cause du champ de Higgs, mais pourquoi chaque particule acquiert-elle une masse différente, ou n’acquiert-elle pas de masse du tout comme dans le cas du photon ? Pourquoi la force de l’affinité des particules avec le champ de Higgs, ce qu’on appelle le couplage, est-elle si différente d’une particule à l’autre, et donc comment expliquer cette hiérarchie des masses ? Aujourd’hui, on ne connaît pas les réponses à ces questions.

JWST est un télescope qui effectue ses observations dans l’infrarouge. Il est doté d’un miroir primaire de 6,5 mètres de diamètre contre 2,4 mètres pour Hubble) : son pouvoir de résolution atteint 0,1 seconde d’arc dans l’infrarouge (0,6′ à 27 microns de longueur d’onde) et il peut collecter une image 9 fois plus vite que Hubble. La résolution de ses instruments doit être utilisée, entre autres, pour observer les premières étoiles et galaxies qui se sont formées après le Big Bang.

Les quatre principaux objectifs scientifiques du JWST sont :

• la recherche de la lumière des premières étoiles et galaxies qui sont apparues dans l’univers après le big bang,
• l’étude de la formation de la galaxie et de son évolution ;
• la compréhension des mécanismes de formation des étoiles ;
• l’étude des systèmes planétaires et de la formation de la vie.

D’une masse d’environ 6 200 kg, l’observatoire spatial doit être mis en orbite en juin 2014 par une Ariane 5 ECA depuis le centre spatial de Kourou en Guyane française. Après avoir rejoint le point de Lagrange L2 distant de 1,5 millions km de la Terre, il doit subir une phase de test de 6 mois destinée à vérifier le fonctionnement de ses instruments et les étalonner. Le télescope entamera alors sa mission scientifique. Il est prévu que sa durée de vie soit au minimum de 6 ans mais son fonctionnement peut être prolongé au-delà de cette durée et le télescope a été conçu à cet effet.

Contrairement au télescope spatial Hubble situé à 600 km d’altitude seulement, il n’est pas prévu de réaliser des opérations maintenance ou de correction en cas d’erreur de conception. Son éloignement empêche toute intervention humaine.

Le programme JWST se trouve dans la phase finale de conception et de fabrication (Phase C). Le télescope a réussi en mars 2010 la revue critique de conception qui confirme la capacité de l’instrument et du satellite à remplir ses objectifs scientifiques. Les 18 éléments du miroir primaire sont dès à présent en cours d’achèvement. La fabrication de la structure qui supporte le miroir est bien avancée. Les modèles de vol des trois instruments principaux doivent être livrés début 2012 pour l’intégration et les tests du télescope entier.

Northrop Grumman est l’industriel chef de file pour la construction du télescope. Le miroir est fourni par la firme américaine Ball Aerospace. Les instruments sont développés par un grand nombre de laboratoires de recherche répartis dans le monde entier. En novembre 2010, il est estimé que le lancement du télescope ne pourra pas avoir lieu avant septembre 2015. En outre, son coût devrait dépasser de 30% (1,5 milliard de dollars) les précédentes estimations.