Sciences dessus dessous

Archive de la catégorie ‘Physique’

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.

Lire les commentaires (39)  |  Commenter cet article






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.

Lire les commentaires (27)  |  Commenter cet article






Mercredi 14 octobre 2015 | Mise en ligne à 11h53 | Commenter Commentaires (20)

La petite histoire du Grand K : vers une fin heureuse ?

À vue de nez, on se dit que cela devrait être une question pour des élèves du primaire : qu’est-ce qu’un kilogramme ? Et d’une certaine manière, ça l’est. Depuis 1889, il existe un «kilogramme étalon», soit un cylindre de platine et d’iridium, qui est conservé sous de strictes conditions au Bureau international des poids et mesures, à Paris. Officiellement, un kilo, c’est ça, répondrait un gamin de 3e année, ajoutant sans doute «pfff, bébé facile».

Mais voilà, le kilogramme est la dernière unité du Système international dont la définition est basée sur un étalon matériel au lieu d’une loi de la physique, et il y a une raison pour cela : tout objet peut gagner ou perdre des atomes au contact de l’air ou de tout autre corps, et sa masse peut ainsi varier dans le temps. Au XIXe siècle, en plus de l’étalon officiel, des copies rigoureusement identiques avaient été fabriquées en même temps — et leurs masses divergent maintenant d’environ 50 microgrammes, ce qui est bien embêtant pour une telle référence.

On cherche donc depuis les années 70 à redéfinir le kilo en fonction d’une loi de la physique, de la même façon que l’on s’est débarrassé des mètres en platine et en iridium pour redéfinir le mètre comme la distance que parcourt la lumière dans le vide absolu en 1/299 792 458 seconde. De cette manière, on évite les fluctuations.

Mais voilà, en ce qui concerne le kilogramme, ce projet s’est vraiment avéré une «question de grands». Depuis des décennies, deux techniques de mesures se font concurrence sans parvenir à rallier la communauté scientifique, ne serait-ce que parce qu’elles donnent des résultats divergents.

L’une d’elle consiste à peser le kilo avec une balance de Watt, un instrument extraordinairement précis qui utilise des forces électriques (que l’on peut contrôler avec une grande exactitude) pour jauger de la masse d’un objet. Comme ces forces se mesurent en courant et en voltage et que ceux-ci ont déjà des unités de mesure reposant sur des lois de la physique, cela permettrait d’y «accoter» le kilogramme également. L’autre avenue, menée par une équipe internationale du nom de «Projet Avogadro», consiste essentiellement à compter le nombre d’atomes de silicium-28 qu’il faut pour obtenir exactement le poids du kilo-étalon ; de là, puisque ce nombre peut être exprimé en mole — le «nombre d’Avogadro» est le nombre de particules qu’il y a dans une mole, soit 6,022 x 1023, ce qui représente le nombre d’atomes de carbone-12 qu’il faut pour faire 12 grammes — et que la mole est déjà une unité du SI intégrée à une foule de formules en physique, cela donne des «chemins» pour exprimer le kilo en fonction de constantes physiques immuables.

Jusqu’à tout récemment, cette dernière avenue avait besoin d’être raffinée, car ses mesures comportaient encore une trop grande part d’incertitude (30 parties par milliards alors que l’on visait 20 ppb), mais ce fut réglé l’été dernier. Or de toute manière, les deux méthodes donnaient des résultats qui divergeaient par environ 175 ppb, et l’on a mis longtemps à trouver ce qui clochait. Cela paraissait tellement insoluble que certains chercheurs commençaient même à envisager de simplement faire la moyenne des deux, c’est tout dire…

Mais on n’atteindra apparemment pas un désespoir mathématique aussi complet, rapporte ici la revue Nature. En plus de l’incertitude réduite du projet Avogadro — et d’autres constantes physique, je saute quelques détails —, de nouvelles mesures ont été prises un peu partout dans le monde, dont une d’ailleurs au Conseil national de la recherche à Ottawa, qui ont grandement refermé l’écart de 175 ppb. D’autres mesures à venir pourraient encore, bien sûr, remettre la pagaille de ce bel ordre, mais le Bureau international des poids et mesures se réunit cette semaine pour discuter de la marche à suivre.

Si tout se passe bien, on pourrait avoir un «kilo tout neuf» et, surtout, inchangeable, d’ici quelques années…

Lire les commentaires (20)  |  Commenter cet article






publicité

  • Catégories

  • Blogues sur lapresse



    publicité





  • Calendrier

    août 2016
    D L Ma Me J V S
    « juil    
     123456
    78910111213
    14151617181920
    21222324252627
    28293031  
  • Archives