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Archive de la catégorie ‘Physique’

Lundi 14 novembre 2016 | Mise en ligne à 15h43 | Commenter Commentaires (37)

Trouvez un mathématicien et serrez-le dans vos bras

(Photo : archives La Presse)

(Photo : archives La Presse)

À cause des équations qui traversent leur discipline d’un bout à l’autre et des orgies de mathématiques auxquelles ils s’adonnent à longueur de semaine, j’avais toujours pensé que les physiciens étaient, dans leur for intérieur, des «mathématiciens de placard» qui avaient simplement un peu de misère à s’accepter comme ils sont. Tels des fans de Nickelback qui posent des autocollants de Metallica sur leur voiture, je les soupçonnais de mener une sorte de double vie où leur métier «officiel» n’était qu’un prétexte socialement acceptable pour cacher leur nature véritable. Et que derrière les portes closes, à l’abri des préjugés impitoyables de la société, ils se permettaient d’être enfin eux-mêmes et faisaient des problèmes de maths pures, juste pour le fun.

Certes, toute comparaison étant boîteuse, les fans de Nickelback qui font leur coming out s’exposent à une réprobation infiniment plus dure parce que… eh bien parce que les placards (insonorisés, idéalement) sont vraiment le seul endroit sur Terre où cette «musique» devrait jouer. Ce n’est pas le cas des maths, on s’entend, mais je ne m’en disais pas moins que cette difficulté qu’ont les physiciens à s’assumer leur venait peut-être d’un manque d’amour pendant l’enfance et qu’il suffirait d’une bonne thérapie, ou ne serait-ce même que d’un petit hug au bon moment, pour libérer leur matheux intérieur, refoulé depuis si longtemps.

N’avons-nous pas tous nos petits secrets, nos petits travers, avais-je envie de dire à un physicien en le prenant dans mes bras ? Est-ce que ta famille sait à quel point tu es matheux ? Allez, dis-leur, ils t’aiment, ils veulent que tu sois heureux ! Et si tes proches hésitent, rappelle-leur que ça pourrait être bien pire et que tu pourrais écouter du Nickelback… Parce que c’est vrai que t’es pas un fan, hein ? Hein ?

Or j’avais tort, messieurs-dames, j’avais bigrement tort. Un article paru la semaine dernière dans le New Journal of Physics a en effet démontré que les physiciens *ne sont pas* des mathématiciens de placard et qu’ils semblent même trouver les équations plutôt rébarbatives — comme tout le monde, quoi, bien qu’un peu moins que la moyenne des ours.

Menée par deux chercheurs de l’Université d’Exeter, en Angleterre, l’étude a consisté à analyser plus de 1900 articles savants parus dans les Physical Review Letters pour savoir combien chacun contenait d’équations par page (entre 0 et 8,75 en moyenne) et combien de fois il avait été cité par la suite. Résultat : pour chaque équation supplémentaire par page, un article dans les PRL est cité 6 % de moins que les autres, ce qui suggère que les physiciens ne lisent pas, ou moins, les textes qui contiennent beaucoup de formules.

Les deux auteurs, Tim Fawcett et Andrew Higginson, avaient déjà trouvé le même genre de tendance chez les biologistes, ce qui se comprend plus intuitivement puisque un intérêt pour ce qui bouge ne vient pas forcément avec la boss des maths. Mais la physique ? Ce repère de mathématiciens patentés, à peine déguisés sous un nom de métier différent ? Fawcett et Higginson s’en étonnent beaucoup et même s’en inquiètent (à juste titre) puisque les maths, c’est bien connu, sont la langue des sciences. «Ça montre qu’il pourrait y avoir un lien brisé entre la théorie mathématique et le travail expérimental. Cela représente potentiellement une énorme barrière pour tout progrès scientifique», disent-ils. Et cela vaut pour toutes les disciplines, pas seulement pour la physique.

Maintenant, la prochaine question à se poser est : comment les mathématiciens vont-ils le prendre ? C’est un coup dur, qu’on ne s’y trompe pas. De la part d’une «discipline-sœur», si proche que bien des universités offrent des programmes conjoints de maths-physique, la nouvelle risque fort d’avoir l’effet d’un coup de poignard en plein cœur. Comprenez, c’est toujours comme ça quand un être cher vous rejette. Alors ne prenez pas de chance : si vous voyez un mathématicien dans la rue au cours des prochains jours, serrez-le dans vos bras et dites-lui que vous, contrairement à ces traîtres de physiciens, vous l’aimez pour vrai.

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Tom Brady et l'entraîneur-chef des Patriots, Bill Belichick, parfois accusé d'avoir mis sur pied une «culture de la tricherie» au sein de son équipe. (Photothèque Le Soleil)

Tom Brady et l'entraîneur-chef des Patriots, Bill Belichick, parfois accusé d'avoir mis sur pied une «culture de la tricherie» au sein de son équipe. (Photothèque Le Soleil)

Le 18 janvier 2015, les Patriots de la Nouvelle-Angleterre, équipe de football américain mieux connue hors du Massachusetts sous les noms de «Tricheurs», «Chanceux», «Saligauds» et «Grands Satans», disputaient un match éliminatoire contre les Colts d’Indianapolis, une équipe qui n’est pas suffisamment haïssable pour porter d’autres noms hors de sa ville. À la mi-temps, deux arbitres ont mesuré séparément la pression dans la douzaine de ballons que chaque équipe avait à sa disposition, et ont trouvé que ceux des Saligauds étaient légèrement désoufflés, avec des pressions moyennes de 11,1 et de 11,5 «psi» (pound per square inch, grosso modo entre 76 et 79 kPa). Des vérifications avec la jauge-maîtresse de la ligue, la NFL, sont arrivées au résultat de 11,21 psi.

C’était assez gênant puisque les règlements de la NFL stipulent que la pression dans le ballon doit obligatoirement se trouver entre 12,5 et 13,5 psi (86 à 93 kPa). Sous cette fourchette, la préhension du ballon est améliorée à un point jugé injuste par certains, avantageant le quart-arrière (celui qui lance le ballon) indûment. Incidemment, celui des Grands-Satans, un Johnny-Belle-Gueule bourré de talent nommé Tom Brady, qui n’a jamais attisé la moindre jalousie ni d’animosité de la part de votre blogueur favori, s’en est donné à cœur joie lors de ce match, rossant les Colts 45 à 17. Quand l’affaire s’est ébruitée, peu après, elle fut accueillie par une seule et même réaction partout hors du Massachusetts : «Ben oui, encore», car c’était loin d’être la première fois que les Tricheurs étaient éclaboussés par une affaire d’entourloupe, de décisions douteuses des arbitres en fin de match et de combien d’autres de ces choses sur lesquelles les fans de sport font beaucoup de millage après une partie.

Au terme d’une longue saga, le Saligaud Tom Brady a été suspendu pour les quatre premiers matches de la saison qui s’en vient. Il en a appelé du verdict, réappelé et s’est acharné autant comme autant, mais les tribunaux américains ont mis fin ce matin au suspense, maintenant la mise au ban de quatre parties.

Et un peu partout dans l’Amérique-hors-du-Massachusetts, on susurre depuis : «‘Bout time, joual-vert.»

Mais il y a (malheureusement) un petit détail qui cloche dans cette histoire. Minuscule, hein, rien pour rendre les Chanceux ne serait-ce qu’un brin sympathiques, mais quand même : les lois de la physique sont du côté des Pats. Juste ça…

Un groupe de chercheurs en physique et en génie a écrit un mémoire en tant qu’«amis de la cour», récemment. Avec des amis comme ça, remarquez, l’amateur de foot moyen se passerait bien d’ennemis, mais bon, concentrons-nous sur la science. J’en retiens deux points principaux.

D’abord, les «amis» reprochent à la NFL de condamner Tom Brady sur des bases extrêmement minces, au mieux. Les ballons, en effet, sont soufflés et leur pression mesurée à l’intérieur des vestiaires, mais la partie se tient souvent à l’extérieur — et en janvier, autour de Boston, il fait plutôt froid. Les gaz à l’intérieur du ballon perdent donc de la chaleur, de l’énergie, ce qui réduit immanquablement et naturellement la pression interne. La NFL l’admet, écrivent ces physiciens, mais affirme qu’il reste au moins 0,14 psi de baisse de pression (jusqu’à 0,53, selon la jauge utilisée, mais il n’existe aucune trace de celle qui a servi lors du match et les arbitres ont dit qu’à leur souvenir, ils n’avaient pas utilisé la jauge qui aurait donné ce résultat) qui ne peut pas s’expliquer par des causes «naturelles».

Or, lit-on dans le mémoire, l’existence de cette déflation additionnelle repose entièrement sur des présomptions. Les calculs de la NFL présument par exemple que la température des vestiaires était de 19,4 °C (67°F), alors que plusieurs documents parlent plutôt de 21,7 (71°F) — un point de départ qui ramènerait à zéro la déflation «artificielle».

Certes, rappellera-t-on (même au Massachusetts), la réaction première de Tom Brady au Deflategate a eu toutes les allures d’une opération de couverture pour faire disparaître des preuves. Et il est parfaitement vrai que les apparences, celles-là du moins, sont très incriminantes.

Mais, et c’est le second point du mémoire que je veux souligner, le fait est qu’en dépit de tout ce qui s’est fait ou pas, dit ou pas, tout indique que le quart-arrière des Saligauds a joué avec un ballon qui n’avait rien d’anormal. Les auteurs du mémoire ont analysé un échantillon de plus de 10 000 matches de la NFL joués à l’extérieur depuis 1960, pour lesquels il existait (!) des informations sur la météo. En présumant 13 psi de pression dans un vestiaire à 21°C (70°F) et en calculant pour chaque partie, selon la météo, la pression que devait avoir le ballon après un certain temps à l’extérieur, on obtient un graphique en «nuage de points» comme ceci, où chaque point bleu représente la pression dans les ballons pour un match en particulier :

Capture d’écran 2016-07-13 à 14.57.50Bref, non seulement y a-t-il un sacré paquet de parties de la NFL qui se jouent avec des ballons «dégonflés», mais les ballons des Tricheurs étaient en plein dans la moyenne de pression pour un match de la mi-janvier. La physique, comme on le voit, peut être extrêmement énervante…

Alors bien qu’il m’en coûte de l’admettre, et en dépit de toutes les apparences de cover-up, il faut nécessairement conclure que sur le fond, les Patriots avaient rai…

‘Scusez, ça veut pas sortir… Les doigts m’en saignent tellement ça fait mal à écrire…

Sur le fond, les Patriots avaient raison.

Voilà, c’est dit, c’est fini, je ne le répèterai plus jamais.

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Mercredi 16 décembre 2015 | Mise en ligne à 11h42 | Commenter Commentaires (27)

Les physiciens du LHC mettent un pied dans le noir…

La taille de ce qui est mesuré ne fait pas foi de celle de l'instrument, comme le montre l'énorme détecteur de particules ATLAS, au LHC. (Image : CERN)

La taille de ce qui est mesuré ne fait pas foi de celle de l'instrument, comme le montre l'énorme détecteur de particules ATLAS, au LHC. (Image : CERN)

Les physiciens du Large Hadron Collider, cet énorme accélérateur de particules de 30 km de circonférence à la frontière franco-suisse, se sont réunis hier pour divulguer les tout premiers résultats de la «Run-2», comme ils l’appellent, c’est-à-dire la seconde ronde de collisions de protons — et donc de production de nouvelles données. La première ronde, on s’en souvient, avait permis la découverte du boson de Higgs, en 2012, alors que cette année… Cette année, l’accélérateur a redémarré après deux ans de mise à niveau, et l’on croit maintenant toucher à «quelque chose». Enfin, peut-être. Et si ce quelque chose est bien réel, on ne sait guère trop ce que c’est.

«La situation est complètement différente de celle d’il y a trois ans, quand il y avait chez les physiciens une préférence très nette (et qui s’est avérée vraie) pour interpréter le signal d’alors, un diphoton de 125 GeV (gigaélectrons-volts, une mesure d’énergie minuscules dont on se sert, en physique, pour exprimer la masses des particules, ndlr) et de 4-lepton, comme étant le boson de Higgs du Modèle standard (soit grosso modo la somme de ce que l’on sait sur les particules qui composent la matière, ndlr)», écrit sur son blogue Résonaances le physicien Adam Falkowski, du Laboratoire de physique théorique d’Orsay.

Le «quelque chose» en question est un surplus d’«événements» inattendus que les instruments du LHC ont détecté à des énergies d’environ 750 GeV. Quand des particules s’entrechoquent à haute vitesse, elles «éclatent» en différents morceaux — différentes particules subatomiques comme des électrons et des quarks (particules qui composent les protons et les neutrons, qui eux-même composent les noyaux atomiques), mais aussi des photons (particules de lumière), etc. Le LHC est équipé de plusieurs détecteurs de natures différentes qui sont disposés en «pelures d’oignon» autour des sites où surviennent les collisions, afin de mesurer la nature et l’énergie de chacun de ces «morceaux» — les «événements» dont parlent les physiciens, ce sont chacune de ces détections.

Comme on s’en doute, plus les énergies impliquées sont élevées, et plus les événements sont rares. Cela suit d’ailleurs une courbe descendante que les physiciens calculent et qui leur donne une idée précise de ce que sera le «bruit de fond», soit la fréquence à laquelle les «événements» se produiraient à chaque énergie s’ils survenaient au hasard. Mais voilà, justement, les particules qui s’entrechoquent ne produisent pas leurs «morceaux» aléatoirement : chaque type de particules génèrent des «éclats» selon des patterns précis (X % de ceci, Y % de cela) et ces «morceaux», qui n’existent souvent que pendant d’infimes fractions de seconde, se décomposent ensuite en d’autres choses (de nouveau en suivant des patrons précis), ce qui fait que les chercheurs voient apparaître des «rebonds» sur leurs courbes d’événements.

CWRuI2oWIAAT7o5Les bosons, par exemple, se décomposent typiquement en «diphotons», c’est-à-dire en paire de photons d’énergies égales et partant dans des directions opposées. Et c’est en plein ce que les premiers résultats de la «Run-2» du LHC semblent montrer : un diphoton autour de 750 GeV, comme le montre le graphique ci-contre (la ligne rouge représente le bruit de fond). Le verbe «sembler», ici, est important parce qu’on est encore très loin d’avoir assez de données pour atteindre un niveau de certitude acceptable. Mais comme toutes les mesures du LHC sont prises en double par deux équipes indépendantes et qu’elles ont toutes deux «vu» la même chose, disons qu’il est permis de commencer à en jaser…

Avec les données que le LHC continuera de produire, on devrait savoir à pareille date l’an prochain s’il s’agit réellement d’une particule inconnue ou si ce n’est qu’un «blip» sur les radars — ce qui est encore entièrement possible. Dans le premier cas, remarquez, il n’est pas sûr que la petite nouvelle révolutionnera la physique. Certains des experts cités ici et estiment qu’il pourrait s’agir d’une particule très semblable au boson de Higgs qui ne chamboulera pas nécessairement nos connaissances. More of the same, quoi.

Mais même s’il reste encore énormément de vérifications à faire, le petit peu que l’on sait commence à ressembler drôlement à ce que les physiciens tentent de faire au LHC depuis le début : toucher l’inconnu, mettre un pied dans le noir, produire des données que le Modèle standard (que l’on sait très incomplet) ne peut expliquer. Et n’est-ce pas bien plus excitant que de prouver l’existence (exercice essentiel par ailleurs) d’un boson qu’à peu près tout le monde attendait depuis des années ?

P.S. Je m’en voudrais de passer sous silence un autre aspect de cette mise à jour du LHC. Comme on l’a souvent dit ici, la «matière» comme nous la connaissons ne forme qu’environ 15 % de la matière de l’Univers, le reste étant nommé pour l’instant «matière sombre», faute de savoir ce que c’est. On en connaît l’existence parce que quand on observe les galaxies, par exemple, on peut estimer de façon assez précise la quantité de matière qu’il y a en son centre à partir de ce que nos télescopes permettent de voir. Mais le hic, c’est que cette quantité est toujours insuffisante pour que la gravité du cœur de la galaxie puisse «retenir» les étoiles qui gravitent autour. À cause de leur vitesse, celles-ci devraient en principe s’échapper dans l’espace. Mais comme elles ne le font pas, on déduit qu’il doit y avoir «autre chose» au centre des galaxies, une «matière sombre» qui serait très massive mais qui n’interagirait que très peu (hormis par gravité) avec la matière «normale». Une hypothèse assez répandue veut que cette matière sombre s’explique par le fait que toute particule soit accompagnée d’un «superpartenaire» fantôme, très massif mais qui n’interagit avec rien part par gravité. La deuxième ronde du LHC a toujours été vue comme une première occasion de tester cette hypothèse nommée supersymétrie, ou SUSY pour faire court et les premiers résultats viennent apparemment de rayer de la carte plusieurs versions de cette SUSY, lit-on sur le blogue Not Even Wrong du mathématicien de l’Université Columbia Peter Woit.

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