Cronologia fizicii microscopice

Această pagină fizică microscopică prezintă în ordinea lor istorică, descoperirea conceptelor legate de părțile mici care formează materia.

Cunoașterea infinitului de mic a fost făcută doar treptat, prin evoluția diferitelor științe și tehnici, inclusiv filozofie , metalurgie , termodinamică , alchimie și chimie , electricitate , optică , cristalografie , magnetism , fizic , mecanică cuantică . Întrebarea de bază este cum se comportă fenomenele vizibile la scară mică.

Această poveste începe cu speculații filosofice și tehnici de producție, pentru a ne conduce în zilele noastre la experimentele de accelerare a particulelor , care sunt la fel de speculative.

Filosofie, mitologie

• - 2500 î.Hr., în mitul babilonian Enuma Elish , apa este substratul primordial la originea tuturor.
• Grecii credeau că există un material primordial haotic din care Haosul a devenit Cosmos .
• Între -650 și -400 înainte de era noastră: pentru Thales materia primordială era apa în cele trei forme ale sale: solid, lichid și gazos. Pentru Anaximenes era aer. Pentru Heraclit, focul. Empedocle a fost primul care a postulat prezența a 5 elemente primordiale: pământ, apă, foc, aer și a cincea esență , o substanță foarte ușoară care scălda întregul univers.
• în jurul anului -500 î.Hr., Leucippe emite ideea că materia este alcătuită din unități fundamentale indivizibile, atomi din atomosul grecesc, ceea ce înseamnă indivizibil și ideea unui spațiu gol în care pot evolua atomii.
• -440 În urma lui Leucipp, discipolul său Democrit a dezvoltat ideea unui univers de dimensiuni infinite și alcătuit din spațiu gol locuit de particule solide și indivizibile, de diferite forme și dimensiuni, toate în mișcare. El a fondat teoria atomistă care va fi apoi integrată în epicurianism
• spre -400 înainte de era noastră, Platon și mai ales discipolul său Aristotel reiau ideea lui Empedocle: Spațiul nu este gol, este scăldat într-o substanță fără formă eterul care se adaugă celorlalte patru elemente. Ideea aristotelică de horror vacui ( „natura urăște vidul” ) va ocupa întregul Ev Mediu.
• în jurul anului -70 î.Hr., Lucretia , popularizator al atomismului, descrie necesitatea unui vid în poemul său Despre natura lucrurilor și pluralitatea lumilor.
• În același timp, India cunoștea o filozofie (sistemul Vaiseshika) în care nimic nu se pierde.

• în jurul anului 1220, în Edda poetică , universul nu s-a născut din nimic, ci din doi constituenți: unul format din frig și gheață, iar celălalt din foc și flăcări. Apa îndeplinește aceste două elemente esențiale.

Începuturile chimiei

• La sfârșitul al XIII - lea  secol, vidul a devenit un subiect științific în sine.
• 1662  : Robert Boyle descoperă legea cunoscută sub numele de „Boyle-Mariotte” dând ca constantă volumul presiunii produsului unui gaz. El deduce că materia este compusă din particule primare și, prin urmare, respinge concepțiile aristotelice și alchimice care se bazează pe materia pe patru elemente  : pământ, aer, apă și foc.
• În jurul anului 1700, Isaac Newton , un puternic susținător al teoriei corpusculare a luminii, a descoperit un sistem de interferențe numit Inelele lui Newton . Este de Christian Huygens care returnează onoarea formulării primei teoria ondulatorie a luminii , care va rămâne în retragere timp de 100 de ani.
• 1766  : Henry Cavendish descoperă și studiază hidrogenul .
• 1778  : Carl Scheele și Antoine Lavoisier descoperă că aerul este în esență compus din azot și oxigen .
• 1781  : Joseph Priestley creează apă prin arderea hidrogenului și a oxigenului.
• 1789  : Antoine Lavoisier stabilește că masa de materie este conservată pentru fiecare element chimic și pentru toate elementele chimice care participă la o reacție.
• 1800  : William Nicholson și Anthony Carlisle folosesc electroliza pentru a separa apa în hidrogen și oxigen
• 1805  : Thomas Young efectuează experimentul de fante al lui Young .
• 1808  : John Dalton introduce teoria atomilor în chimie și stabilește că materia este alcătuită din atomi de diferite mase: greutatea atomică .
• 1811  : Amedeo Avogadro stabilește că volumele egale de gaz trebuie să conțină un număr egal de molecule .
• 1820  : Hans Christian Ørsted demonstrează legătura intimă dintre electricitate și magnetism observând abaterea acului unei busole în prezența unui curent electric. Mickaël Faraday va arăta reversul în 1831: un magnet în mișcare creează un curent electric.
• 1821  : Augustin Fresnel , înarmat cu principiul economiei , reușește să descrie teoria undelor luminii și principiul interferenței.
• 1832  : Michael Faraday stabilește teoria fundamentală a electrolizei .
• 1864  : James Clerk Maxwell reușește să facă sinteza diferitelor cunoștințe ale timpului în electricitate și magnetism: cele 4 ecuații ale lui Maxwell .
• 1871  : Dmitri Mendeleev își examinează tabelul periodic , stabilit în 1869, și prezice existența galiului , scandiului și germaniului .
• 1873  : Maxwell reușește să sintetizeze electricitatea, magnetismul și optica.
• 1873  : Johannes van der Waals introduce ideea că între molecule există forțe de atracție slabe.
• 1885  : Johan Balmer găsește expresia matematică care dă lungimea de undă a diferitelor linii ale spectrului de hidrogen.
• 1887  : Heinrich Hertz descoperă efectul fotoelectric .
• 1887  : Albert Michelson și Edward Morley , grație unui experiment de interferometrie pe vântul eteric , arată că viteza luminii este constantă indiferent de direcția sa de propagare și oricare ar fi mișcarea cadrului de referință al observatorului.
• 1894  : Lord Rayleigh și William Ramsay descoperă argonul prin analiza spectroscopică a gazului rămas după îndepărtarea azotului și oxigenului din aer.
• 1895  : William Ramsay descoperă terestru heliu prin analiza spectroscopică a gazului produs de descompunere a uraniului .
• 1896  : Henri Becquerel descoperă radioactivitatea uraniului.
• 1896  : Pieter Zeeman studiază descompunerea liniilor D ale sodiului atunci când este încălzit într-un câmp magnetic intens.
• 1897  : Joseph John Thomson descoperă electronul , adică chihlimbar în greacă.
• 1898  : William Ramsay și Morris Travers descoperă neonul , kriptonul și xenonul .
• 1898  : Marie și Pierre Curie izolează și studiază radiul și poloniul .
• 1899  : Ernest Rutherford descoperă că radiația emisă de uraniu este compusă din particule alfa încărcate pozitiv și particule beta încărcate negativ.

Era mecanicii cuantice

• 1900  : Paul Villard descoperă razele gamma în timp ce studia degradarea uraniului.
• 1900  : Johannes Rydberg rafinează expresia matematică referitoare la lungimile de undă ale liniilor de hidrogen.
• 1900  : Max Planck stabilește ipoteza cuantică și legea radiației corpului negru .
• 1902  : Philipp Lenard observă că efectul fotoelectric nu depinde de puterea fasciculului de lumină, ci de frecvența acestuia .
• 1902  : Theodor Svedberg propune ca fluctuațiile bombardamentului molecular să creeze mișcare browniană .
• 1905  : Albert Einstein explică efectul fotoelectric prin cuantificarea energiei.
• 1905  : Albert Einstein introduce teoria relativității speciale .
• 1905  : Albert Einstein oferă o descriere teoretică (verificată) a mișcării browniene.
• 1906  : Charles Glover Barkla descoperă că fiecare element poate fi caracterizat prin comportamentul său în raze X și că penetrarea razelor X într-o probă de element este legată de masa atomică a acelui element.
• 1909  : Hans Geiger și Ernest Marsden descoperă că particulele alfa pot fi puternic deviate de folii metalice subțiri.
• 1909  : Ernest Rutherford și Thomas Royds demonstrează că particulele alfa sunt atomi de heliu de două ori ionizați.
• 1911  : Ernest Rutherford explică experimentul Geiger-Marsden folosind un model atomic nuclear și definește noțiunea de secțiune transversală .
• 1911  : Jean Perrin dovedește existența atomilor și a moleculelor.
• 1912  : Max von Laue propune utilizarea rețelelor de cristal pentru a difracta razele X.
• 1912  : Walter Friedrich  (de) și Paul Knipping  (de) difractează razele X cu sulfură de zinc .
• 1913  : William Henry Bragg și William Lawrence Bragg găsesc condiția Bragg pentru o reflexie puternică cu raze X.
• 1913  : Henry Moseley arată că numărul atomic este criteriul real pentru discriminarea între elemente.
• 1913  : Niels Bohr prezintă modelul cuantic al atomului .
• 1913  : Robert Millikan măsoară sarcina electrică fundamentală.
• 1913  : Johannes Stark demonstrează că câmpurile electrice intense împart liniile spectrale ale hidrogenului.
• 1914  : James Franck și Gustav Hertz observă excitația atomică.
• 1914  : Ernest Rutherford arată că nucleele atomice încărcate pozitiv conțin protoni .
• 1915  : Arnold Sommerfeld rafinează modelul atomic al lui Bohr introducând orbite eliptice pentru a explica structura fină a liniilor atomului de hidrogen .
• 1916  : Gilbert Lewis și Irving Langmuir prezintă modelul electronic stratificat pentru a explica legăturile chimice .
• 1917  : Albert Einstein prezintă ideea emisiei stimulate de radiații.

• 1921  : Alfred Landé definește raportul giromagnetic .
• 1922  : Arthur Compton studiază dispersia fotonilor X de către electroni.
• 1922  : Otto Stern și Walther Gerlach observă cuantificarea spinului .
• 1923  : Louis de Broglie sugerează dualitatea undă-particulă .
• 1923  : Lise Meitner descoperă efectul Auger .
• 1924  : John Lennard-Jones oferă o descriere semi-empirică a forțelor de interacțiune inter-atomice.
• 1924  : Satyendranath Bose și Albert Einstein definesc statistica Bose-Einstein .
• 1925  : Wolfgang Pauli stabilește principiul excluderii cuantice.
• 1925  : George Uhlenbeck și Samuel Goudsmit postulează existența spinul a electronului .
• 1925  : Pierre Auger descoperă efectul Auger (la 2 ani după Lise Meitner).
• 1925  : Werner Heisenberg , Max Born și Pascual Jordan formulează mecanica cuantică sub formă de matrice .
• 1926  : Erwin Schrödinger stabilește ecuația Schrödinger care definește mecanica cuantică în formă analitică .
• 1926  : Erwin Schrödinger demonstrează că cele două formulări ale mecanicii cuantice sunt echivalente matematic.
• 1926  : Oskar Klein și Walter Gordon stabilesc ecuația mecanicii cuantice relativiste .
• 1926  : Enrico Fermi descoperă teorema spin-statistică .
• 1926  : Paul Dirac definește statistica Fermi-Dirac .
• 1927  : Clinton Joseph Davisson , Lester Germer și George Paget Thomson confirmă natura undelor electronilor.
• 1927  : Werner Heisenberg stabilește principiul incertitudinii .
• 1927  : Max Born interpretează probabilistic funcțiile de undă.
• 1927  : Walter Heitler și Fritz London prezintă teoria cuantică a legăturii chimice stabilite din molecula de hidrogen.
• 1927  : Llewellyn Thomas și Enrico Fermi dezvoltă modelul Thomas-Fermi .
• 1927  : Max Born și Robert Oppenheimer prezintă aproximarea Born-Oppenheimer .
• 1928  : Chandrashekhara Venkata Râman studiază dispersia fotonilor optici de către electroni.
• 1928  : Paul Dirac își stabilește ecuația relativistică de undă pentru electron care generalizează și îmbunătățește ecuația Klein-Gordon .
• 1928  : Charles Galton Darwin și Walter Gordon rezolvă ecuația Dirac pentru un potențial Coulomb .
• 1928  : Friedrich Hund și Robert S. Mulliken prezintă conceptul de orbital molecular .
• 1929  : Oskar Klein descoperă paradoxul lui Klein .
• 1929  : Oskar Klein și Yoshio Nishina extind secțiunea transversală Klein-Nishina la fotonii de mare energie emiși de electroni.
• 1929  : Nevill Mott extinde secțiunea transversală a lui Mott la o emisiune Coulomb de electroni relativisti.
• 1930  : Paul Dirac prezintă teoria găurilor electronice .
• 1930  : Erwin Schrödinger prezice existența mișcării zitterbewegung .
• 1930  : Fritz London explică faptul că forțele van der Waals se datorează interacțiunii momentelor dipolare ale moleculelor.
• 1931  : John Lennard-Jones propune potențialul inter-atomic al lui Lennard-Jones.
• 1931  : Irène Joliot-Curie și Frédéric Joliot observă ejectarea protonilor prin radiații, ratând interpretarea.
• 1931  : Wolfgang Pauli propune ipoteza neutrinului pentru a explica încălcarea aparentă a principiului conservării energiei în timpul decăderii beta .
• 1931  : Linus Pauling descoperă rezonanța legăturilor atomice și o folosește pentru a explica marea stabilitate a moleculelor simetrice plane.
• 1931  : Paul Dirac arată că conservarea sarcinii poate fi explicată prin existența monopolurilor magnetice .
• 1931  : Harold Urey descoperă deuteriul .
• 1932  : John Cockcroft și Ernest Walton sparg nucleul de litiu și bor prin bombardarea protonilor.
• 1932  : James Chadwick descoperă neutronul .
• 1932  : Werner Heisenberg prezintă modelul proton-neutron al nucleului și îl folosește pentru a explica izotopii .
• 1932  : Carl D. Anderson descoperă pozitronul .
• 1933  : Ernst Stueckelberg (1932), Lev Davidovich Landau (1932) și Clarence Zener descoperă tranziția Landau-Zener .
• 1933  : Max Delbrück sugerează că efectele cuantice determină emisia de fotoni sub un câmp electric extern.
• 1934  : Irène Joliot-Curie și Frédéric Joliot bombardează atomii de aluminiu cu particule alfa și creează artificial fosfor radioactiv -30.
• 1934  : Leó Szilárd își dă seama că este posibilă o reacție în lanț nuclear .
• 1934  : Enrico Fermi formulează teoria decăderii beta.
• 1934  : Lev Davidovich Landau îi explică lui Edward Teller că moleculele neliniare pot avea moduri de vibrație care ridică degenerarea anumitor stări orbitale ( efect Jahn-Teller )
• 1934  : Enrico Fermi sugerează bombardarea atomilor de uraniu cu neutroni pentru a obține un element cu 93 de protoni.
• 1934  : Pavel Alekseyevich Cherenkov raportează emisia de lumină atunci când particulele relativiste trec printr-un mediu amorf .
• 1935  : Hideki Yukawa prezintă teoria interacțiunii puternice și prezice existența mezonilor .
• 1935  : Albert Einstein, Boris Podolsky și Nathan Rosen dezvăluie paradoxul EPR .
• 1935  : Henry Eyring dezvoltă teoria tranziției de stat .
• 1935  : Niels Bohr își prezintă analiza paradoxului EPR.
• 1936  : Eugene Wigner dezvoltă teoria absorbției neutronilor de către nucleul atomic.
• 1936  : Hermann Arthur Jahn și Edward Teller prezintă studiul sistematic al tipurilor de simetrie pentru a găsi efectul Jahn-Teller .
• 1937  : Hans Hellmann  (in) redémontre teorema Hellmann-Feynman .
• 1937  : Seth Neddermeyer , Carl Anderson , J. Curry Street  (în) și EC Stevenson descoperă muonul din urmele lăsate de razele cosmice într-o cameră cu bule .
• 1939  : Richard Feynman găsește teorema Hellmann-Feynman.
• 1939  : Otto Hahn și Fritz Strassmann bombardează sărurile de uraniu cu neutroni și descoperă că bariul este produs de experiment.
• 1939  : Lise Meitner și Otto Robert Frisch stabilesc că fisiunea nucleară a avut loc în timpul experimentului Hahn-Strassman .
• 1942  : Enrico Fermi conduce prima reacție în lanț controlată .
• 1942  : Ernst Stueckelberg introduce conceptul de propagator în teoria pozitronilor și interpretează pozitronii ca electroni de energie negativă care se întorc în timp.
• 1943  : Sin-Itiro Tomonaga publică articolul care pune bazele fizice ale electrodinamicii cuantice .
• 1947  : Willis Lamb și Robert Retherford  (în) măsoară mișcarea Lamb-Retheford .
• 1947  : Cecil Powell , César Lattes și Giuseppe Occhialini descoperă mesonul pi prin studierea razelor cosmice.
• 1947  : Richard Feynman își prezintă abordarea schematică a electrodinamicii cuantice.
• 1948  : Hendrik Casimir prezice efectul Casimir , o forță de atracție datorată vidului dintre electrozii unui condensator.
• 1951  : Martin Deutsch  (în) descoperă pozitroniul .
• 1952  : David Bohm oferă interpretarea sa despre mecanica cuantică.
• 1953  : R. Wilson observă o emisie Delbruck constând din raze gamma 1,33 MeV prin supunerea nucleelor ​​de plumb la un câmp electric.
• 1954  : Chen Ning Yang și Robert Mills investighează o teorie a izospinului de hadroni care necesită invarianța gabaritului sub rotații izospin. Acesta este primul exemplu de teorie a gabaritului non-abelian .
• 1955  : Owen Chamberlain , Emilio Segrè , Clyde Wiegand  (ro) și Thomas Ypsilantis  (ro) descoperă antiprotonul .
• 1956  : Frederick Reines și Clyde Cowan detectează antineutrino .
• 1956  : Chen Ning Yang și Tsung-Dao Lee prezic încălcarea parității de către forța nucleară slabă .
• 1956  : Chien-Shiung Wu observă încălcarea slabă a parității forței în decăderea cobaltului .
• 1957  : Gerhart Lüders  (ro) dovedește teorema CPT .
• 1957  : Richard Feynman, Murray Gell-Mann , Robert Marshak și George Sudarshan propun un Lagrangian eficient pentru a descrie interacțiunile slabe.
• 1958  : Marcus Sparnaay  (din) confirmă experimental efectul Casimir.
• 1959  : Yakir Aharonov și David Bohm prezic efectul Aharonov-Bohm .
• 1960  : Robert G. Chambers  (în) confirmă experimental efectul Aharonov-Bohm.
• 1961  : Murray Gell-Mann și Yuval Ne'eman propun calea de opt ori care organizează baronii și mezonii pe octeți și introduce o simetrie de aromă SU (3).
• 1961  : Jeffrey Goldstone studiază fenomenul de rupere a simetriei globale .
• 1962  : Leon Lederman arată că neutrino de electroni diferă de neutrino de muon .

Formarea și succesul modelului standard

• 1963  : Murray Gell-Mann și George Zweig propun modelul de quark .
• 1964  : Peter Higgs este interesat de pauze în simetria locală .
• 1964  : John Stewart Bell arată că teoriile deterministe cu variabile locale ascunse trebuie să satisfacă inegalitățile lui Bell .
• 1964  : Val Fitch și James Cronin observă încălcarea simetriei parității sarcinii de către forța slabă în timpul decăderii mezonilor K.
• 1967  : Steven Weinberg propune teoria electro- slabă pentru leptoni .
• 1967  : Andreï Saharov oferă condițiile, numite condiții Sakharov , pentru a explica bariogeneza prin încălcarea simetriei C și a simetriei CP .
• 1969  : John Clauser , Michael Horne  (în) , Abner Shimony  (în) și Richard A. Holt oferă un test de corelare a polarizării inegalității Bell.
• 1970  : Sheldon Glashow , Jean Iliopoulos , și Luciano Maiani propune „  farmecul  “ cuarc .
• 1971  : Gerard 't Hooft arată că modelul Glashow-Salam-Weinberg poate fi renormalizat .
• 1972  : Stuart Freedman  (în) și John Clauser efectuează primul test de corelare a polarizării inegalității Bell.
• 1973  : David Politzer descrie fenomenul libertății asimptotice pentru quarks.
• 1974  : Burton Richter și Samuel Ting descoperă mezonul psi , dovadă a existenței quarkului „farmec”.
• 1974  : Robert J. Buenker și Sigrid D. Peyerimhoff  (ro) introduc metoda de interacțiune a configurațiilor multi-referință.
• 1975  : Martin Perl descoperă lepton tau .
• 1977  : SW Herb găsește rezonanța upsilon, dovadă a existenței quarkului „de jos” .
• 1982  : Alain Aspect , Jean Dalibard și Gérard Roger efectuează o corelație de polarizare a inegalității Bell, care arată, atunci când două particule sunt la distanță, o corelație remanentă a funcțiilor lor de undă.
• 1983  : Carlo Rubbia , Simon van der Meer , și CERN echipa UA-1 găsi W și Z bosoni .
• 1989  : Lățimea de rezonanță a bosonului Z intermediar indică existența a trei generații de quark-lepton.
• 1994  : Experimentul CERN LEAR Crystal Barrel confirmă existența gluonilor .
• 1995  : După 18 ani de cercetare, quarkul „de top ” este descoperit la Fermilab , are o masă foarte mare.
• 1998  : Super-Kamiokande (Japonia) anunță detectarea unei oscilații a neutrinilor , ceea ce implică existența unei mase diferite de zero.
• 2001  : Observatorul Neutrino Sudbury (Canada) confirmă existența oscilației neutrino .
• 2005  : În acceleratorul de particule , Laboratorul Național Brookhaven al RHIC a creat un lichid de quark-gluon cu vâscozitate foarte mică , poate plasma quark-gluon .
• 2012  : CERN anunță că a identificat la Large Hadron Collider și, cu un grad de încredere de 99,99997% (5 σ), un nou boson într-un domeniu de masă de ordinul 125-126 GeV, care pare compatibil cu cel al bosonul Higgs .

Note și referințe

1. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  46
2. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  48
3. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  49
4. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  50
5. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  51
6. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  53
7. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  57
8. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  58
9. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  105 și 106
10. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  144
11. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  120
12. Augustin Fresnel, Memorie despre difracția luminii , vol.  5, Memoriile Academiei de Științe,1821.
13. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  117
14. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  123
15. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  125
16. Trinh Xuan Thuan 2016 , p.  131

Bibliografie

• Jack Lindsay, Originile alchimiei în Egiptul greco-roman , Stânca,1986
• Trinh Xuan Thuan , Plenitudinea Vidului , Paris, Albin Michel,2016, 341  p. ( ISBN  9782226326423 ).