Accélérateur de particules : machine géante qu’utilisent les physiciens afin d’accélérer des corpuscules de matière à des vitesses ultrarapides, proches de celle de la lumière. Les minuscules projectiles sont amenés à se heurter. Ils se fracassent les uns contre les autres. L’analyse du résultat aide les chercheurs à explorer la structure intime des particules et des forces de la nature.
Andromède : la galaxie d’Andromède M 31, 31ème objet du catalogue dressé par l’astronome français Charles Messier (1730 - 1817), est la galaxie spirale la plus proche de nous - et la seule observable à l’œil nu. En l’an 905, le Perse Al Sufi l’a identifiée à un "petit nuage". À l’automne, un œil expert peut la repérer dans la constellation du même nom dans l’hémisphère nord. Avec la Voie lactée, elle constitue les deux plus importantes galaxies membres du Groupe local. Située à 2,2 millions d’années-lumière de distance, elle renferme 300 milliards d’étoiles. Sa masse est estimée à 400 milliards de fois celle du Soleil. Mais elle pourrait valoir trois fois plus en tenant compte de la contribution de la matière noire.
Année-lumière (a.-l.) : unité de distance utilisée dans le domaine de la vulgarisation et de l’astronomie grand public. Elle correspond au chemin parcouru par la lumière qui se propage pendant un an dans le vide.
1 a.-l. ¼ 9 460 milliards de kilomètres ¼ 10 000 milliards de kilomètres

Antimatière : sorte de double de la matière ordinaire avec laquelle il s’annihile. Sa masse et son attraction gravitationnelle sont identiques. Sa charge électrique et la couleur quantique de l’interaction forte sont opposées. La rareté de l’antimatière dans l’Univers reste un mystère.
Antiparticule : particule d’antimatière. L’antiparticule de l’électron est le positron, il porte une charge positive.
Atome : du grec atomos, indivisible. Plus petit fragment que l’on peut obtenir à partir de la matière usuelle, sans altérer ses propriétés chimiques. Au départ, l’atome a été considéré comme indestructible. Mais, on s’est vite aperçu que sa structure se sépare en briques de taille plus réduite. Aujourd’hui, on retient que le cœur de l’atome - son noyau - se compose de neutrons et de protons. Il est entouré d’une nuée d’électrons en orbite. Les neutrons et les protons sont eux-mêmes faits de trois quarks, du genre haut (up) ou bas (down).

Baryons : sous-famille de particules sensibles à l’interaction nucléaire forte. Ce groupe comprend : le neutron, le proton, les noyaux atomiques, ainsi que les hypérons lourds et instables. Ce sont des fermions. Ils obéissent au principe d’exclusion de Wolfgang Pauli et répugnent à se rassembler. Le nombre baryonique d’un système se définit comme le nombre de baryons moins le nombre d’antibaryons. Il existe une loi de conservation associée.

Big bang : concept fondateur de la cosmologie moderne. Théorie de la naissance et de l’évolution de l’Univers. Le monde serait apparu, il y a environ 14 milliards d’années, à partir d’un état extrêmement dense et chaud de la matière, son explosion fulgurante engendrant l’expansion et le rayonnement de fond du ciel. Ironie, c’est son détracteur Fred Hoyle qui a inventé l’expression sonore et imagée désignant ce scénario. Le big bang constitue le cadre de travail naturel des astrophysiciens. Il est assez bien admis. Mais des difficultés subsistent pour expliquer la matière noire, l’énergie noire et ce qui a précédé l’instant primordial.
Big crunch : hypothèse un temps envisagée pour décrire l’avenir de l’Univers. La quantité de matière présente serait trop importante pour permettre une expansion éternelle. En conséquence, celle-ci serait amenée à s’arrêter puis à s’inverser en contraction de l’espace. Ce scénario est moins en vogue depuis l’invocation d’une accélération de l’expansion.

Boson : du nom du physicien indien Satyendranath Bose. Particule dont le nombre quantique de rotation (spin) est un entier. Ce type de corpuscule se caractérise par sa faculté à s’assembler de manière serrée avec ses semblables à l’échelle microscopique. Les bosons sont dits "sociables". Les plus connus et les plus simples sont les messagers qui transportent les interactions, c’est-à-dire les quatre forces fondamentales de la nature. Il s’agit du photon, des gluons, des bosons W+, W-, Z0, et de l’hypothétique graviton.
Céphéide : étoile variable brillante de la constellation de Céphée. Sa luminosité, sa période d’évolution et sa couleur sont corrélées. Les céphéides constituent donc de bons indicateurs de distance, notamment pour les galaxies proches.

Champ de force ou d’interaction : moyen de transmission ou de propagation de l’influence d’une interaction ­ c’est-à-dire d’une force fondamentale de la nature. Le champ de la force électromagnétique est le plus connu. Un champ se décrit par son intensité et sa direction d’action en tout point de l’espace. La théorie quantique des champs s’applique aux particules élémentaires. Elle incorpore la relativité restreinte. La chromodynamique quantique, en anglais Quantum Chromo-Dynamics (QCD), est une représentation de l’interaction nucléaire forte. L’électrodynamique quantique, Quantum Electro-Dynamics QED, s’applique aux particules chargées. À chaque champ de force sont associées une unité d’énergie et une particule messagère.

Constante de Boltzmann : grandeur fondamentale de la thermodynamique statistique portant le nom du physicien autrichien Ludwig Boltzmann. Elle définit l’équation d’état d’un gaz parfait et relie l’échelle des températures absolues aux énergies.
kB ¼ 1,38.10-23 joule/degré ¼ 8,617.10-5 électronvolt/degré.

Constante cosmologique : terme introduit artificiellement par Albert Einstein dans les équations de la relativité générale afin de rendre l’Univers statique (immobile, en équilibre à grande échelle). Par la suite, le physicien a regretté ce geste et l’a qualifié de "bourde". La constante cosmologique s’apparente à une force de répulsion qui s’oppose à la gravitation. Aujourd’hui, elle revient en grâce. Elle pourrait incarner une énergie du vide et expliquer l’accélération de l’expansion.
Constante de Planck : grandeur fondamentale de la mécanique quantique et de la physique ondulatoire. Notée h, elle vaut 6,626 x 10-34 Joule-seconde et a été baptisée ainsi en l’honneur de Max Planck. Elle détermine la taille d'unités d’énergie, de longueur ou de masse qui structurent le monde à petite échelle.
Cordes ou supercordes : nouveaux objets physiques invoqués afin de remplacer les particules élémentaires. Ils deviennent les ingrédients de base des théories unifiées qui tentent d’aller au-delà du big bang et du modèle standard de la matière. Les cordes correspondent à de microscopiques filaments qui s’étendent sur une dimension. Leur équivalent avec adjonction de supersymétrie s’appelle les supercordes. L’atout de la théorie des cordes est qu’elle semble aboutir à un mariage harmonieux de la mécanique quantique et de la relativité générale. Jusqu’alors les mondes de l’infiniment petit et de l'infiniment grand paraissaient irréconciliables.

Corps noir : entité idéale à l’équilibre qui absorbe la totalité des rayonnements qu’elle reçoit. À la température du zéro absolu, un tel objet apparaîtrait rigoureusement sombre. Le rayonnement du corps noir a été calculé par Max Planck. Sa densité d’énergie en fonction de la longueur d’onde suit une courbe en cloche bien définie qui ne dépend que de la température.
Décalage vers le rouge : redshift en anglais. Effet de rougissement du rayonnement qui affecte les galaxies et les quasars lointains. Preuve de l’expansion de l’Univers. La lumière reçue se trouve d’autant plus décalée vers les grandes longueurs d’ondes que la source est plus éloignée. Dans un premier temps, ceci s’explique par l’effet Doppler-Fizeau qui affecte une galaxie en mouvement. Mais la bonne manière de l’interpréter est de dire que le rayonnement se dilate avec l’espace traversé. Par définition, un décalage vers le rouge de z correspond à une longueur d’onde accrue de z + 1.
Deutérium : variété (isotope) d’hydrogène lourd 2D. Son noyau comprend un proton et un neutron.
Dimensions de l’Univers : nombre d’axes, ou de directions indépendantes, qui permettent de se repérer dans l’espace-temps. Autour de nous, l’espace géométrique familier présente trois dimensions : le haut, l’avant, le côté. La relativité d’Einstein y ajoute le temps. Certaines théories de cosmologie moderne envisagent des dimensions spatiales supplémentaires, ou cachées.
Électron : la plus légère des particules constitutives de la matière qui nous entoure. Les propriétés chimiques des atomes et des molécules sont déterminées par les interactions électriques des électrons.
Électronvolt : unité d’énergie microscopique. Elle correspond à la charge électrique d’un électron accélérée par une tension d’un volt.
1 eV ¼ 1,6 10-19 joule

Énergie : capacité d’un système à effectuer un mouvement ou à libérer de la chaleur. Il existe quantités d’énergies : cinétique, potentielle, de rotation, de gravitation, électrique, magnétique, thermique, lumineuse, chimique, musculaire, motrice, calorifique, métabolique, solaire, nucléaire… C’est un concept de base de la physique avec l’espace, la matière et le temps. On accorde une place particulière aux énergies des quatre forces fondamentales de la nature.
Espace : concept fondamental de la physique. Il se caractérise par son étendue (en général infinie) que l’on peut parcourir en tout sens et dans toute direction. C’est le théâtre des événements observables et de l’expérimentation. Une sorte de cadre de référence dans lequel tout objet peut être précisément positionné et orienté en trois dimensions. L’espace astronomique commence au-dessus de l’atmosphère terrestre. Il s’étend à l’Univers. Depuis la relativité générale d’Albert Einstein, l’espace peut se déformer et se courber.
Espace-temps : vision globale et synthétique de l’espace et du temps. Concept issu de la relativité d’Einstein. L’espace-temps constitue le "matériau" de base, la trame, qui sous-tend l’Univers. Il est aussi le théâtre dynamique où s’orchestrent les événements naturels.
Expansion de l'Univers : dilatation générale de l’espace-temps. Idée à l’origine même de la théorie du big bang. Le phénomène correspond à la meilleure description actuelle de l’Univers. Il se trouve inscrit dans les équations de la relativité générale d’Albert Einstein, ainsi que l’avaient remarqué Alexandre Friedmann et George Lemaître. Surtout, il explique le mouvement de récession des galaxies. Celui-ci a été observé à travers le rougissement de la lumière, par Vesto Slipher puis Edwin Hubble. Aujourd’hui on considère que l’expansion va en s’accélérant.
Fermion : du nom du physicien italien Enrico Fermi. Particule dont le nombre quantique de rotation (spin) est demi-entier. Ce type d’objet se caractérise par sa difficulté à s’assembler de manière serrée avec ses semblables à l’échelle microscopique. Les fermions sont dits "asociaux". C’est une conséquence du principe d’exclusion énoncé par Wolfgang Pauli, à la base de la mécanique quantique. Typiquement, ce sont des particules de matière telles que l’électron ou le quark.
Fluctuations quantiques : Phénomène caractéristique de la physique à petite échelle. Comportement éminemment imprévisible d’un système. Les fluctuations quantiques dérivent du principe d’incertitude de Werner Heisenberg.
Forces d’interactions fondamentales : actions qui modifient la vitesse d’un corps ou le déforment. On distingue les forces d’interaction qui agissent à distance, sont véhiculées par un champ (la propagation d’une onde) de celles véhiculées par des particules messagères associées. Les quatre forces fondamentales de la nature sont de ce dernier type. Elles comprennent : la force d’interaction électromagnétique, union des forces électrique et magnétique ; la force d’interaction nucléaire forte responsable de la cohésion des noyaux atomiques ; la force nucléaire faible à l’origine de désintégrations radioactives et de la luminosité du Soleil ; la force d’interaction gravitationnelle, la plus faible de toutes, mais qui s’exerce à grande échelle.
Fond diffus cosmologique : (ou rayonnement fossile micro-onde, en anglais Cosmic Microwave Background). Rayonnement de fond qui baigne tout l’Univers. Il se caractérise par une température de trois degrés absolus (3 kelvins). Son intensité culmine vers 3 millimètres de longueur d’onde, dans le domaine des micro-ondes radio. Ce bruit est uniforme dans le ciel. On le considère comme un vestige de la naissance du cosmos et un pilier de la théorie du big bang. Il démontrerait que l’Univers est passé par une phase dense et chaude, 380 000 ans après sa formation.
Galaxie : vaste ensemble d’étoiles, de poussière et de gaz lié par la force de gravité. Ces composantes tournent autour d’un centre commun, le noyau. Une galaxie peut contenir plusieurs milliards, voire centaines de milliards d’étoiles. Elle abrite jusqu’à mille milliards de masses solaires de matière. Notre galaxie, la Voie lactée, est appelée la Galaxie. Depuis Edwin Hubble, ces univers-îles sont classifiés selon leur forme en elliptiques, spirales ou irrégulières. Il existe des centaines de milliards de ces objets qui flottent dans l’espace observable. Chacun contient des amas d’étoiles, des planètes, de l’hydrogène et des molécules.
Galilée (1564 - 1642) : astronome, philosophe et physicien toscan. Il est considéré comme le père de la science expérimentale moderne. Galilée a mis au point la première lunette astronomique. Il l’a utilisée pour découvrir les taches du Soleil, les montagnes et les vallées lunaires, les quatre plus gros satellites de Jupiter ainsi que les phases de Vénus. Surtout, il est connu pour avoir soutenu le système héliocentrique défini par Copernic et selon lequel la Terre tourne autour du Soleil. L’inquisition romaine l’a condamné à abjurer en 1633. Il ne sera réhabilité que 359 ans plus tard. L’église catholique et le Vatican ont ainsi reconnu leur erreur.
Grande unification : ensemble des théories physiques qui tendent à dépasser le modèle standard et à réunir les trois forces régissant l’Univers des particules ­l’interaction forte, l’interaction faible, l’électromagnétisme­ dans un cadre commun. L’attraction gravitationnelle en est exclue.
Gluon : particule messagère de l’interaction nucléaire forte. Quantité minimale d’énergie associée.
Gravité ou gravitation : seule force d’interaction naturelle qui s’applique à grande échelle, à tout l’Univers. Effet d’attraction mutuelle entre les corps, liée à la masse de la matière. La loi de la gravitation universelle a été énoncée en 1684 par sir Isaac Newton. Sur Terre, elle contribue au poids et à la pesanteur. La relativité d’Einstein prédit que la gravité se propage à la vitesse de la lumière. Mais les ondes gravitationnelles n’ont pas encore été observées. On nomme constante de gravitation (ou de Newton) G :
G = 6,67 10-11mètre3/kilogramme/seconde2.
La gravité est la plus faible des quatre grandes forces de la nature.

Gravité quantique : théorie, activement recherchée, qui réunirait les atouts de la physique quantique et de la relativité générale d’Einstein. Il s’agit de concevoir une description globale du comportement de l’Univers à grande échelle et du monde de l’infiniment petit habité par les particules élémentaires. La théorie des cordes est la meilleure candidate pour relever ce défi.
Graviton : particule messagère supposée porter l’interaction de gravité. Elle n’a (encore) jamais été observée.
Hadron : particule qui entre en jeu dans l’interaction nucléaire forte. Les hadrons se composent de quarks. Ils se divisent en baryons (fermions), tels que les neutrons et les protons, et en mésons (bosons).
Hélium : élément le plus léger et le plus abondant de l’Univers, après l’hydrogène lui-même. L’atome d’hélium comporte deux électrons. Son noyau compte deux protons et deux neutrons dans le cas général (He4, hélium-4). L’isotope He3 (hélium-3) ne possède qu’un neutron.
Homogène : phénomène qui se produit de manière identique en tout point de l’espace. L’Univers lui-même est supposé homogène. Ce qui traduit l’invariance des lois de la physique par un déplacement arbitraire. Autrement dit, tout observateur, où qu’il soit situé, doit pouvoir réaliser les mêmes expériences. Ce postulat, issu du "Principe cosmologique", est bien vérifié.
Horizon : limite au-delà de laquelle aucun signal physique n’a pu nous parvenir. L’horizon cosmologique, ou frontière de l’espace observable, se définit par le produit de l’âge de l’Univers et de la vitesse de la lumière. C’est une sphère qui nous est liée. Nous possédons à propos d’elle une information validée qui nous est parvenue par un moyen naturel (particule de matière, force d’interaction). À l’inverse, l’horizon des événements d’un trou noir définit une portion d’espace-temps avec laquelle nous ne pourrons jamais communiquer, sauf à y plonger et s’y perdre. Une sphère de non-retour dans la gravité.
Hydrogène : élément le plus léger et le plus abondant de l’Univers. L’atome d’hydrogène comporte un électron. Son noyau compte un proton. Il existe deux variétés ou isotopes lourds : le deutérium et le tritium.
Inflation : raffinement, aujourd’hui assez unanimement accepté, apporté à la version initiale du modèle du big bang. Dans les tout premiers instants de son histoire, l’Univers aurait subi un bref sursaut d’expansion démesurée et affectée de vitesses supérieures à celle de la lumière.
Infrarouge : rayonnement, onde électromagnétique, dont la longueur d’onde s’inscrit entre 0,1 et 0,0001 millimètre. L’infrarouge est l’intermédiaire entre la lumière visible et les ondes radio millimétriques. Les corps portés à la température ambiante sur Terre émettent principalement dans l’infrarouge.
Interaction : Voir "force d’interaction".
Interaction électromagnétique : deuxième force fondamentale de la nature par son intensité. L’interaction électromagnétique résulte de la synthèse des forces électriques et magnétiques, selon un formalisme élaboré par James Clerk Maxwell en 1873. Sa description a ensuite été améliorée avec la relativité restreinte d’Albert Einstein puis l’électrodynamique quantique. Selon celle-ci, les particules messagères sont les photons (grains de lumière au sens large). L’interaction se résume dès lors à un échange de photons virtuels (invisibles) entre particules chargées (proton, électron) ou possédant un moment magnétique (neutron).
Interaction nucléaire forte : la plus puissante des quatre forces fondamentales qui modèlent la nature. Elle domine devant l’interaction électromagnétique (100 fois moins intense), l’interaction nucléaire faible (10 millions de fois moins intense) et la force de gravité (1038 fois plus faible). L’interaction forte est responsable de la cohésion des noyaux atomiques : neutrons et protons, assemblés à partir de quarks. Elle agit sur les hadrons (baryons ou mésons), pas sur les leptons. Ses particules messagères sont les gluons. Particularité : son intensité s’atténue lorsque la distance augmente. Cette "liberté asymptotique" est à l’origine du mécanisme de confinement qui empêche d’observer des quarks à l’état libre, en dehors d’un nucléon, ou de l’hypothétique plasma quark-gluon qui aurait existé lors du big bang.
Interaction nucléaire faible : la plus faible des quatre forces fondamentales de la nature, après la gravité. En pratique, c’est la plus discrète des interactions qui agit sur le monde des particules élémentaires et dans les accélérateurs de particules. Elle est responsable de la désintégration lente du neutron (radioactivité) et des réactions de fusion nucléaire qui alimentent la luminosité du Soleil. La signature de son intervention est souvent l’apparition ou la disparition d’un neutrino.
Isotrope : phénomène qui se produit de manière identique dans toutes les directions de l’espace. L’Univers lui-même serait isotrope. Ce qui traduit l’invariance des lois de la physique par une rotation arbitraire. Cette propriété, incluse dans le "Principe cosmologique", est bien vérifiée.
Leptons : particules insensibles à l’interaction nucléaire forte. Du coup, les leptons évoluent seulement sous l’effet des forces électromagnétique, faible, ou de gravité. Les plus célèbres sont l’électron et le neutrino. Le nombre leptonique est égal au nombre de leptons présents moins le nombre d’antileptons. Il se conserve dans les systèmes isolés.
Loi de conservation : principe selon lequel la valeur totale d’une grandeur physique -énergie, quantité de mouvement, nombres quantiques… - reste constante au cours du temps pour un système isolé.
Loi de Hubble : relation de proportionnalité entre la vitesse de récession des galaxies lointaines et leur distance. Elle a été découverte par Edwin Hubble. La constante liée porte son nom et elle est aujourd’hui estimée à :
Ho ¼ 71 kilomètres/seconde/megaparsec ¼ 1/14 milliards d’années.
Chaque kilomètre d’Univers subit une expansion d’environ 0,000 07 millimètre par an.

Magnitude : ancienne échelle de luminosité des étoiles, héritée des Grecs. Dans ce système, l'éclat apparent ou degré de brillance d'un objet céleste se définit par rapport à une référence où Sirius, étoile la plus brillante du firmament, possède une magnitude égale à - 1,4. De même, le plus faible astre visible à l'œil nu (dans d'excellentes conditions d'obscurité ambiante et avec une vision suffisamment adaptée) avoisine la magnitude 6. Les sources les plus brillantes arborent une magnitude faible, voire négative. Plus la magnitude est importante, moins l'astre luit intensément au-dessus de nos têtes. Empirique au départ, lorsques les observations étaient conduites sans instruments, l'échelle s'est ensuite rationnalisée à l'ère du télescope, notamment. Aujourd'hui, elle se définit de manière exacte par le fait que la magnitude augmente de 2,5 quand la luminosité mesurée est divisée par un facteur 10.
Matière : concept fondamental de la physique. Tout ce qui est visible et tangible dans la nature. Composante d’un système qui lui procure son volume et sa masse (gravité, inertie). On distingue notamment les particules d’antimatière. Depuis la relativité d’Albert Einstein, la notion de matière recoupe aussi celle d’énergie par l’équation E = mc2. En mécanique quantique, une particule devient l’expression d’un champ ou d’une onde. Ainsi, au stade ultime, se réduit-elle à une perturbation de l’espace-temps. On la décrit alors par des chiffres qui codifient ses interactions : masse, charge électrique, quantité de rotation ou spin, saveur des quarks, couleurs vis-à-vis de l’interaction nucléaire forte, nombres baryoniques ou leptoniques… A notre niveau, la matière s’assemble en noyaux, atomes, molécules.
Mécanique quantique ou ondulatoire : théorie physique fondamentale développée dans les années 1920 afin de décrire l’infiniment petit et les particules élémentaires. La dynamique de la matière et du rayonnement n’évolue plus de manière continue. Au contraire, elle prend une succession de valeurs isolées bien définies. Les entités de base deviennent les quanta : plus petites quantités discernables. Max Planck a ainsi énoncé que la lumière est constituée de grains (les photons). Les objets observables adoptent un comportement déroutant - à la fois particule et onde. Les expériences sont régies par les probabilités. Le monde à petite échelle demeure entaché d’une incertitude irréductible, prévue par le principe de Werner Heisenberg.
Méson : sous-famille de particules sensibles à l’interaction nucléaire forte. Les mésons sont des bosons. Le méson pi, π ou pion, est le plus léger des hadrons. Le rhô,ρ , est très instable.
Messier Charles (1730­1817) : astronome français connu pour le catalogue de nébuleuses et d’amas d’étoiles qu’il a dressé de 1758 à 1784. Observateur invétéré, il a découvert seize comètes et en a suivi plus de quarante. Afin de l’aider à reconnaître ce type d’astres vagabonds, qui se déplacent par rapport aux étoiles fixes, il s’est attelé au recensement d’une centaine d’objets étendus avec lesquels ils pouvaient être confondus. Ceux-ci contiennent des membres de la Voie lactée et des galaxies externes. On les repère par un M suivi de leur numéro.
Millimétrique : rayonnement électromagnétique qui se situe dans le domaine de la radioélectricité entre 0,1 et 10 millimètres de longueur d’onde. Branche de l’astronomie et télescopes associés.
Muon : sorte d’électron lourd et instable. Particule qui porte une charge électrique négative et dotée d’une masse 207 fois plus importante que celle de l’électron. Il s’agit d’un lepton, insensible aux interactions fortes.
Nébuleuse : particule sans charge électrique, neutre, qui compose le noyau de l’atome. Le neutron est lui-même constitué de trois quarks : deux quarks "bas" et un quark "haut". On le note n.
Neutrino : de l’italien "petit neutre". Particule fondamentale, dénuée de charge électrique et de masse faible, postulée par Wolfgang Pauli. Il s’agissait d’expliquer une apparente violation de la loi de conservation de l’énergie dans une désintégration radioactive. En 1933, Enrico Fermi lui a attribué son nom de baptême. Mais il a fallu attendre 1956 pour que le neutrino soit observé. Particularité : ce "fantôme-passe muraille" n’est soumis qu’à l' interaction faible et à la gravité. Il interfère peu avec la matière. On en connaît au moins quatre sources : le big bang, le Soleil, la supernova SN1987A et les centrales nucléaires. Il existe trois types de neutrinos associés à l’électron, au muon et à la particule tau (τ). De fait, un curieux déficit de neutrinos a été observé en provenance du cœur du Soleil. Il s’explique en supposant qu’ils ont une masse non nulle et oscillent entre leurs trois états ou "personnalités". Des théories élaborées attribuent à cette particule hors pair un rôle intime dans la manière dont la matière de l’Univers s’est forgée.
Neutron : particule sans charge électrique, neutre, qui compose le noyau de l’atome. Le neutron est lui-même constitué de trois quarks : deux quarks "bas" et un quark "haut". On le note n.
Nucléon : proton ou neutron. Nom savant d’une particule nucléaire constituant le noyau atomique.
Nucléosynthèse primordiale : ensemble des réactions qui se sont déroulées pendant les trois premières minutes du big bang. Elles auraient abouti aux noyaux d’hydrogène et d’hélium, éléments les plus légers de l’Univers.
Onde : grandeur fonction du temps et de l’espace. L’onde décrit la propagation d’une influence, d’une perturbation ou d’une énergie. Elle se caractérise par sa fréquence, sa longueur d’onde et sa célérité. Une onde électromagnétique est constituée de champs électrique et magnétique. Elle se déplace à la vitesse de la lumière. Selon le domaine de fréquences touché, on parle d’onde radio (millimétriques ou centimétriques), de rayonnement infrarouge, de lumière visible, de rayons ultraviolets, X ou gamma. La mécanique quantique associe à toute particule une onde qui décrit ses propriétés - énergie, vitesse - ainsi que sa probabilité de présence en chaque point de l’espace. L’interaction électromagnétique est représentée indifféremment par une onde ou par un corpuscule - le photon.
Onde gravitationnelle : onde associée à la force de gravité. Elle se propage à la vitesse de la lumière. Selon la relativité générale d’Albert Einstein, toute masse en mouvement perd une partie de son énergie en déformant l’Univers autour d’elle. L’onde gravitationnelle émise consiste en une intime perturbation de la trame de l’espace et du temps. Elle posséderait une particule messagère véhiculant l’interaction : le graviton (analogue du photon avec les ondes électromagnétiques). De tels phénomènes n’ont encore jamais été observés. Ils sont bien trop discrets. Toutefois, Joseph Taylor et Russell Hulse ont reçu le prix Nobel 1993 pour la découverte, en 1974, du pulsar PSR 1913+16 de la constellation de l’Aigle. La période d’émission de cet astre décroît régulièrement en fonction du temps - au rythme exact prévu, en considérant que la perte d’énergie est due au rayonnement gravitationnel.
Parsec (pc) : unité de distance astronomique. Abréviation de "par seconde d’angle". C’est la distance à laquelle le rayon de l’orbite terrestre serait vu sous un angle d’une seconde, 1/60 de degré. Le parsec sert à définir la parallaxe d’un astre : son petit déplacement annuel dans le ciel en raison de la révolution de la Terre autour du Soleil. Il est davantage utilisé que l’année-lumière par les astronomes professionnels. Tous deux sont adaptés à la description de l’éloignement des étoiles. Leurs multiples jalonnent l’Univers à grande échelle.
1 pc ≈ 3,2615 a.-l. ≈ 30 856 milliards de kilomètres
1 kpc ≈ 3 260 a.-l.
1 Mpc ≈ 3 260 000 a.-l.

Particule : composant de la matière ou de la lumière. Actuellement, on dénombre plus de 300 objets assimilés de taille inférieure à celle d’un noyau d’atome. Sur cet ensemble, 12 constituants seulement correspondent à des particules élémentaires ou à leurs antiparticules. Tous sont soumis aux quatre forces de la nature (électromagnétisme, interactions nucléaires forte et faible, gravitation). Le but de la physique est de sonder leur cœur afin d’en saisir la composition intime. On utilise des accélérateurs qui atteignent de hautes énergies.
La dimension typique de l’atome est l’angström, 10-10 mètre ; celle du proton de l’ordre de 10-15 mètre. Les quarks et les électrons ne possèdent aucune structure fine à l’échelle de 10-18 ou 10-19 mètre. On les considère comme des points.
- Quelques exemples de particules bien connues :
- Électron
- Quark
- Neutrino (neutre et de faible masse, sujette à l’interaction faible)
- Particule virtuelle (qui fait temporairement irruption dans le vide affecté de fluctuations quantiques).

Photon  : grain élémentaire qui compose la lumière ou tout autre rayonnement électromagnétique. Particule messagère - ou quantum - de l’interaction électromagnétique. Le photon transporte une énergie égale au produit de la constante de Planck par la fréquence du rayonnement.
Positron : antiparticule de l’électron. Porteuse d’une charge électrique positive, on la note e+.
Principe anthropique : concept énoncé par Anaximandre (VIe siècle avant notre ère) puis réactualisé par Brandon Carter, de l’observatoire de Meudon, en 1974. Dans son acception faible, le principe anthropique reconnaît la place privilégiée de l’homme dans l’Univers. Aussi le cosmos est-il nécessairement propice à l’apparition de la vie. Sans quoi, nous ne serions pas là. Cependant, il existe une version plus lourde de sens. L’espace-temps apparaîtrait tel que nous le constatons, justement, parce que nous y sommes présents. Si s’autres univers différents ont émergé ailleurs, ils ont peu de chances d’avoir accouché d’une intelligence… A la limite de la pensée scientifique, ce principe est controversé : considéré comme une évidence ou un reflet de l’ignorance du monde. Une échappatoire au désir d’expliquer.
Principe cosmologique : l’Univers est uniforme à grande échelle. Ses propriétés sont les mêmes (homogènes et isotropes) en tout point et dans toutes les directions. Ce principe est une approximation bien vérifiée.
Principe d'exclusion : deux particules de même type ne peuvent occuper le même état quantique (position, propriétés physiques et fonction d’onde). Ce principe, énoncé en 1925 par l’Autrichien Wolfgang Pauli, divise le monde de l’infiniment petit en deux domaines bien séparés. Il s’applique aux fermions (protons, neutrons, électrons…) mais pas aux bosons (photons, gluons…).
Principe d’incertitude : concept de la mécanique quantique, énoncé en 1927 par Werner Heisenberg. La position et la vitesse d’une particule ne peuvent être déterminées toutes les deux avec précision de manière simultanée. Il existe une incertitude équivalente qui porte sur le temps et l’énergie.
Proton : particule de matière porteuse d’une charge électrique positive. C’est l’un des ingrédients principaux du noyau de l’atome. Le proton est constitué de trois quarks : deux quarks "hauts", un quark "bas". On le note p. Le noyau d’hydrogène est constitué d’un seul proton.
Pulsar : contraction de l’anglais "pulsating star", étoile pulsante. Source de rayonnement électromagnétique ponctuelle qui émet dans la gamme radio et se distingue par la modulation périodique - la pulsation - de son signal. Après PSR 1919+21 en 1968, plus de 500 pulsars ont été repérés et répertoriés essentiellement dans les bras spiraux de notre galaxie, la Voie lactée. Il s’agirait d’étoiles à neutrons, c’est-à-dire de résidus denses d’étoiles défuntes, en rotation rapide. Un champ magnétique intense accélère des électrons en jet.
Quantum : plus petite unité dans laquelle une grandeur physique peut être divisée. Grain de base, paquet irréductible, ingrédient ou brique à l’aune desquels se construit une entité dynamique. C’est aussi la plus petite quantité d’énergie échangée ou que l’on peut distinguer. Le quantum est l’élément clef de la mécanique quantique. En théorie des champs, le quantum d’interaction correspond à la particule messagère qui véhicule la force.
Quark : particule élémentaire constitutive des hadrons - tels que le neutron ou le proton - et sensible à l’interaction nucléaire forte. Le quark vient en six variétés (haut, bas, charme, étrange, sommet ou vérité, fond ou beauté) et en trois couleurs quantiques (rouge, vert, bleu). Son existence a été proposée en 1963, par les Américains Murray Gell-Mann et George Zweig. Son appellation hors norme est tirée, comme un clin d’œil amusé, de la phrase "Three quarks for Mr Mark" du roman Finnegans Wake de James Joyce. Signe particulier : les quarks ne peuvent être observés de manière isolée. Ils restent confinés, liés.
Quasar : abréviation de l’anglais "quasi-stellar object". Objet d’apparence quasi-stellaire, c’est-à-dire ponctuelle. Il s’agit d’une classe d’astres qui présentent de très petites dimensions angulaires sur le ciel. Ils sont aussi très éloignés, si l’on en juge par leur vitesse de récession cosmologique et par le décalage vers le rouge de leur rayonnement. Aujourd’hui, les quasars sont considérés comme de puissantes sources lointaines. Ils s’apparenteraient à des noyaux actifs de galaxies alimentés par un trou noir supermassif.
Radio : abrégé de radioélectrique. Ondes électromagnétiques dont la fréquence va du kilohertz au gigahertz. Les longueurs d’ondes s’étalent du kilomètre jusqu’au centimètre, ou au millimètre voire en deçà. Ce domaine est dit "hertzien" en référence au pionnier allemand Heinrich Hertz (1857-1894) qui a donné son nom à l’unité de fréquence : 1 hertz = 1 cycle par seconde. C’est le registre des télécommunications, de la télévision, du radar ou des liaisons par satellites. La radioastronomie emploie des radiotélescopes. Elle accède aux pulsars, galaxies, quasars, ou nuages d’hydrogène qui fabriquent des étoiles.
Rayon cosmique : particule chargée de haute énergie qui pénètre dans l’atmosphère de la Terre et y crée une gerbe lumineuse de particules secondaires. Les rayons cosmiques proviennent du Système solaire ou de la Galaxie. Le terme de "rayon", utilisé historiquement pour les désigner, apparaît finalement plutôt impropre. Il s’agit de particules de matière extraterrestres.
Rayonnement : processus par lequel l’énergie se propage dans le vide ou dans un milieu. Historiquement, la physique a longtemps fait la différence entre le rayonnement qui s’appuie sur des ondes, sans transport de matière, et celui qui utilise des particules, avec des flux de particules (tels que les rayons cosmiques ou les rayons qui accompagnent la radioactivité). La mécanique quantique rapproche ces deux points de vue. D’autre part, en astrophysique, on se restreint souvent aux seules ondes électromagnétiques. Le rayonnement est un moyen efficace d’évacuer la chaleur, avec la conduction et la convection. Le rayonnement idéal attribué au corps noir, et calculé en 1900 par Max Planck, occupe une place centrale pour expliquer le fond diffus cosmologique et la luminosité des étoiles.
Rayonement fossile : voir : "Fond diffus cosmologique"
Recombinaison : association de noyaux positifs et d’électrons négatifs afin de former les atomes ordinaires (neutres). En cosmologie, on désigne ainsi l’ère qui a vu naître les atomes d’hydrogène et d’hélium vers une température de 3 000 degrés. Il s’agissait plutôt d’une combinaison que d’une recombinaison. Car les atomes apparaissaient pour la première fois dans l’Univers.
Relativité : théorie élaborée par Albert Einstein et qui a contribué à révolutionner la physique du XXe siècle. La relativité restreinte, présentée en 1905, a introduit une nouvelle conception de l’espace et du temps. Elle améliore la compréhension de la force électromagnétique. Le prix à payer est un changement de perspective déroutant. L’espace et le temps deviennent subjectifs, liés à l’observateur. Une longueur peut se contracter, une durée se dilater… La vitesse de la lumière est promue en constante universelle - limite absolue, infranchissable. Les vitesses ne s’additionnent plus à l’infini. Nos montres jouent aux références facétieuses. La matière équivaut à l’énergie. La relativité générale, enfin, a été publiée en 1915. C’est une description de la gravitation qui s’appuie sur un espace-temps courbe. En fait, ses équations sont à la base des modèles cosmologiques et du big bang.
Rougissement : voir "décalage vers le rouge".
Singularité : nom plus scientifique du big bang. Point où la texture de l’espace-temps se rompt de manière irréversible. Ce qui est difficile à bien décrire. L’Univers admet d’autres singularités : les trous noirs.
Spin : rotation propre (intrinsèque) d’une particule élémentaire. Cette quantité se mesure en unité d’action, ou constante de Planck, divisée par 2∏. Elle prend des valeurs entières ou demi-entières.
Supernova : gigantesque explosion d’une étoile en fin de vie. Le cataclysme disperse les couches externes de l’astre. Il ne laisse subsister que son noyau, résidu du cœur nucléaire où s’est opérée la fusion. Une supernova libère en quelques jours autant d’énergie que le Soleil en rayonnera pendant un milliard d’années. La dernière supernova observée dans notre galaxie l’a été par l’Allemand Johannes Kepler, en 1604, au sein de la constellation d’Ophiuchus (le Serpentaire). La radio source Cassiopée serait le vestige d’un événement plus récent. Mais personne ne l’a décelé. En revanche, celui qui s’est manifesté en 1987 dans le Grand nuage de Magellan, une galaxie satellite de la Voie lactée, a été riche d’enseignements.
Symétrie : harmonie géométrique ou formelle associée à une propriété d’invariance. Par exemple, un objet reste identique à lui-même lorsqu’on le tourne, le déplace ou le remplace par son image dans un miroir. Une sphère reste inchangée dans une rotation autour de son centre. Les symétries de l’espace et du temps induisent la loi de conservation de l’énergie. Mais il existe d’autres opérations. Elles affectent les nombres quantiques de la charge électrique, la couleur d’interaction forte, la charge faible, les nombres de baryons et leptons. L’histoire de l’Univers se résumerait à une succession de changements d’états du vide. Ces "transitions de phases" auraient brisé les symétries et libéré les forces d’interactions.
Supersymétrie : élaboration récente du modèle standard de la physique. Toutes les particules élémentaires connues possèderaient un double, beaucoup plus massif et non encore détecté.
Temps : concept fondamental de la physique. Cadre de la succession des événements ou des actions. Sa perception par notre conscience possède une dimension psychologique. Mais le temps se mesure avec des horloges. L’unité est la seconde, définie par rapport au rayonnement de "l'atome de césium 133". Une caractéristique est qu’il s’écoule dans un seul sens : du passé vers le futur. La flèche du temps est irréversible. Depuis la relativité d’Albert Einstein, sa dimension unique se mêle intimement au tissu de l’espace.
Température : degré de chaleur d’un milieu ou d’un rayonnement. Inventée par sir William Thomson Kelvin, son échelle de mesure prend comme origine le "zéro absolu" : la température la plus basse que l’on peut approcher pour un corps dont les atomes ne sont affectés d’aucun mouvement désordonné résiduel. Par définition, 0 degré absolu (ou kelvin) = - 273,16° celsius.
Trou noir : tout objet suffisamment massif pour que rien, pas même la lumière, ne puisse s’en échapper. Le trou noir est, par essence, le symbole de la relativité d’Einstein. Seule cette théorie permet de bien décrire son champ de gravité extrême. On observerait de nombreux trous noirs sous la forme de résidus d’évolution d’étoiles ou au cœur de galaxies actives.
Unité astronomique (u. a.) : cette distance de référence, ou étalon, se définit comme le rayon moyen de l’orbite terrestre. On l’emploie comme unité de base pour exprimer toutes les distances des objets – planètes, astéroïdes, comètes – qui évoluent à l’intérieur du Système solaire.
1 u.a. ≈ 149 600 000 kilomètres

Univers stationnaire : rivale historique de la théorie du big bang. Selon ce scénario, l'univers serait en perpétuel équilibre dynamique, semblable à lui-même en tout lieu et en tout temps. Cette idée a été élaborée en 1948 par les astronomes Hermann Bondi, Thomas Gold et Fred Hoyle. Un point important est qu'elle suppose une création continue de matière et d'énergie afin d'entretenir le mouvement de l'expansion. La densité de matière devrait y demeurer constante. Mais l'Univers stationnaire n'a pas survécu aux percées profondes des observations des télescopes, ni à la découverte du rayonnement radio du fond diffus.
Vierge : amas géant de plus de 1 000 galaxies qui trône dans la constellation de la Vierge. Il se tient à environ 60 millions d’années-lumière de distance par rapport à notre Groupe local et à la Voie lactée.
Vitesse de la lumière : constante fondamentale de la nature. La vitesse, ou célérité, de la lumière dans le vide vaut : co ≈ 299 792 kilomètres/seconde. Toute particule de masse nulle, telle que le photon ou le graviton, voyage à cette allure. C’est une conséquence de la théorie de la relativité.















 


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