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Sciences : physique de la matière

(Re)découvrez les mystères de la matière.
(Re)découvrez les mystères de la matière.
© Getty - Paolo Carnassale

Grâce aux émissions de sciences de France Culture, nous tirons le rideau de la physique pour comprendre de quoi est fait le monde qui nous entoure : des origines de l'univers à la fameuse anti-matière.

Qu'est-ce que la matière ? Et comment décrire son pendant, l'anti-matière, dont on ignore encore beaucoup de choses ? Surtout, comment observer ce qui, par nature, n'est pas observable ? Ces questions tiennent en éveil les esprits curieux autant que les physiciens.

Dans le cadre de l'opération Nation Apprenante, en partenariat avec le ministère de l’Education nationale et de la Jeunesse, chaque présentation d'émission sera suivie d'une précision sur le niveau scolaire auquel elle peut faire écho. Mais que cela n'empêche pas les plus curieux d'y jeter une oreille !

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1. Trous noirs : de nouvelles images à l'horizon ? (58 min)

C'est une information qui a fait les Unes de la presse en 2019 : grâce à la coopération scientifique internationale, on pouvait observer pour la première fois les images d'un trou noir. Leur existence, jusque là, était encore théorique. C'était, au départ, une solution aux équations de la relativité générale d’Einstein, qui n’emportait d’ailleurs pas l’enthousiasme du physicien. Puis ce furent les binaires, ces étoiles qui tournaient autour d’une  importante masse invisible qui commencèrent à confirmer leur existence... les indices s’accumulaient. Le 10 avril 2019 vint la première image du trou noir supermassif M87*.

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle de première.

58 min

2. L’étrange physique de monsieur Feynman (59 min)

La physique quantique est une science ardue, difficile d'accès. C'était sans compter sur Richard Feynman : ce  physicien hors pair, au fonctionnement intellectuel iconoclaste. Feynman a contribué à repenser la mécanique quantique. Ce fut dans le même temps un vulgarisateur exigeant qui gagna,  certainement par son originalité, le respect et la notoriété outre-Atlantique, où son parcours suscite aujourd’hui encore de nombreuses vocations.

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle de première.

59 min

3. Où est donc passée l'anti-matière ? (58 min)

Au CERN, une expérience a permis de mesurer le spectre optique de l’anti-hydrogène. L’anti-hydrogène, ce sont ces étranges atomes à durée de vie très courte et qui font partie du vaste champ de recherche sur l’antimatière…  Comme la matière, l'antimatière est de la matière, elle en a les mêmes propriétés, à une chose près, qui change tout : sa charge est négative, l'opposée de la charge de la matière correspondante. Il s'agit, en quelque sorte, de « –  matière » ! Quand elles entrent en contact, toutes deux s'annihilent. Difficile d’en produire, de la conserver, de l’étudier et de l’utiliser. Et pourtant ! Selon la cosmologie la plus admise, il y en aurait eu autant qu'il y avait de matière au début du Big Bang… Des découvertes qui pourraient bien nous éclairer sur l'origine même de la matière.

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle de première.

58 min

4. Antimatière, cet obscur objet de la physique (58 min)

Et puisque l'anti-matière pose tant de questions et qu'il est si difficile d'en trouver, alors comment procéder ? Il y a deux voies de recherche pour apporter une réponse à cette question : l’étude de l’antimatière cosmologique, via les rayons cosmiques de haute énergie. Et la production d’antimatière dans les accélérateurs de particules. Parce qu’avec la réponse à cette question de la dissymétrie matière/antimatière viennent peut-être d’autres réponses, comme l’existence de l’antigravité et avec elle, la  promesse d’une nouvelle physique.

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle de première.

58 min

5. Matière et énergie noires : pourquoi n'y voit-on pas plus clair ? (57 min)

Il y a dans l’univers un certain nombre d’astres, d’objets, de matières que l’on connait à peu près bien. Les soleils, les planètes, les galaxies, les nuages de gaz, et même les trous noirs finalement, mais pour que l’univers se comporte comme il se comporte, il lui manque quelque chose. Quelque chose que la physique prévoit, mais qui se soustrait à toute observation. C’est la matière noire. Ajoutez à cela  l’énergie noire, nécessaire pour comprendre l’expansion de l’univers et  vous verrez qu’on n’y voit pas beaucoup plus clair. Car à travers ce problème de l'énergie noire, toute la physique est remise en cause... Alors comment la définir ? Et que nous apprend-t-elle sur la constitution de l'univers ?

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle de première.

57 min

6. Voir l'invisible avec Jean-Pierre Luminet (58 min)

Toutes ces histoires d'anti-matière et d'énergie noire vous semblent bien obscures ? Peut-être est-il temps de tenter une approche plus poétique et littéraire. Astrophysicien, écrivain, poète, essayiste, on doit à Jean-Pierre Luminet le premier calcul de l’image  d’un trou noir. Il a également décrit les « crêpes stellaires », ou l’aplatissement des étoiles au voisinage des trous noirs. Des trous noirs auxquels il a consacré l’essentiel de sa carrière, ainsi qu’aux  problématiques de topologie de l’univers : il a formulé, avec quelques  prestigieux collègues, la théorie de l’univers chiffonné, qui nous renverrait des images fantômes de lointaines galaxies. 

Au programme des classes de filières scientifiques au lycée.

58 min

7. Fond diffus cosmologique : et l'univers s'éclaira (58 min)

Lorsque l’on cherche à remonter loin, très loin dans l’univers, à la fois dans l’espace et dans le temps, arrive une barrière, aux alentours de 380 000 ans après le Big Bang, qui est aujourd’hui notre limite observable. Cette limite, c’est le Fond Diffus Cosmologique : un rayonnement électromagnétique fossile qui, grâce à sa température, nous renseigne sur les tout débuts de l’univers et continue à égrener, année après année, des informations au compte-goutte.

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle de première et de terminale.

58 min

8. Pourquoi le temps passe-t-il ? (59 min)

Le 31 décembre 2016 a connu a duré une seconde de plus que n’importe quel autre jour. Et pour cause, cette seconde intercalaire était nécessaire pour réaligner les horloges. Ou plus précisément pour caler le temps atomique sur le temps universel. Parce qu’il n’y a pas qu’un temps  : il y a des temps. Car il n’y a pas un temps mais des temps, le temps des  physiciens n’est pas le temps des philosophes, comme on le verra tout à  l’heure mais le temps de Newton n’est pas le temps d’Einstein non plus  et, pour compliquer le tout le mot lui-même, « temps » est devenu  tellement polysémique qu’il désigne plusieurs réalités très différentes… A l’issue de cette émission, il vous sera devenu quasi impossible de répondre à la question  « Quelle heure est-il ? ».

Au programme des classes de filières scientifiques du cycle terminal.

59 min