Ce dont vous aurez besoin :
- Un tube en carton (les tubes relativement rigides sont les plus pratiques)
- Un réseau de diffraction linéaire (on peut en acheter bon marché sur Internet ou dans des magasins d'astronomie ; le réseau que nous avons utilisé est de 500 lignes par millimètre)
- Du carton
- Du scotch mat (ou du papier calque)
- Du scotch noir
- Différentes sources lumineuses
Pour aller plus loin :
Dans cette vidéo, on fabrique un spectroscope en carton, c'est-à-dire un instrument qui permet de séparer la lumière en différentes couleurs. La pièce centrale du spectroscope est un réseau de diffraction. Il s'agit d'un écran opaque avec une multitude d'ouvertures allongées (des fentes). La distance entre ces fentes est fixe, et son ordre de grandeur correspond à la longueur d'onde de la lumière étudiée. La lumière se comporte alors comme une onde et sa propagation est perturbée (diffractée) par les nombreuses fentes, un peu comme une vague qui contournerait des poteaux en bois sur une plage. Différentes couleurs sont perturbées de différentes manières, et c'est ce qui conduit à la séparation des couleurs dans le réseau de diffraction. Il est important de noter que cet étalement des couleurs se produit à un certain angle par rapport à la source de lumière, et non pas dans la direction de la source.
Pour notre modèle de spectroscope, on utilise un réseau en transmission, ce qui permet une manipulation plus facile de l'instrument que si le réseau était en réflexion (un DVD est un exemple de réseau de diffraction en réflexion). En règle générale, n'utilisez jamais un spectroscope pour regarder directement le Soleil ! On utilise un tube coudé pour regarder directement l'endroit où se produit la séparation des couleurs. Si on se servait d'un tube droit, notre regard porterait sur la source lumineuse et la séparation des couleurs ne se trouverait pas au centre de notre champ de vision. Faites attention à bien choisir un réseau à axe unique (linéaire) : en effet, l'objectif est de disperser les couleurs dans une seule direction. Un réseau à axe double étalerait les couleurs horizontalement et verticalement, ce qui ne permettrait pas l'observation de raies spectrales. Enfin, nous avons choisi un réseau de 500 lignes par millimètre. Un réseau avec plus de lignes par millimètre disperserait davantage les couleurs, de sorte que l'instrument serait plus précis, mais la séparation des couleurs se produirait en formant un angle plus grand avec la source lumineuse, et le spectroscope en serait beaucoup moins maniable.
De l'autre côté du tube se trouve une fente recouverte de scotch mat. Le scotch agit comme un diffuseur : il homogénise et uniformise la lumière qui entre par la fente. Plus cette dernière est fine, plus les lignes spectrales sont fines, donc plus l'instrument est précis, mais il y a alors moins de lumière qui entre dans le tube ; on doit, par conséquent, trouver un compromis pour une taille optimale de la fente de manière empirique. Certains spectroscopes faits maison utilisent deux lames de rasoir plutôt que du scotch pour créer une ouverture très droite et très nette – faites très attention si vous optez pour cette solution ! L'ouverture peut ensuite être orientée vers toutes sortes de sources lumineuses. La lumière diffuse du soleil sur un nuage, la résistance chauffante d'un grille-pain ou une vieille ampoule à incandescence produisent des spectres continus. Par contre, la plupart des sources lumineuses qui nous entourent aujourd'hui sont des LED, qui présentent un spectre discontinu avec des raies d'émission, tout comme les lampes fluorescentes, qu'elles soient compactes ou en forme de tube. Les lampes de meilleure qualité auront des spectres plus "complets" (plus de raies, quelques régions continues) que les lampes de mauvaise qualité. Enfin, les sources lumineuses constituées de vapeurs d'atomes excités présentent également des raies spectrales – on peut observer ce phénomène en observant au spectroscope des tubes néon luminescents, des lampadaires au sodium dans la rue, des lampes à vapeur de mercure dans un cours de physique ou les phares au xénon d'une voiture. Chaque atome possède une signature spectrale unique, un peu comme une empreinte digitale atomique.
Les physiciens savent que la matière et l'antimatière sont apparues en quantité égale au moment du Big Bang, mais que l'Univers est aujourd'hui dominé par la matière. Où est donc passée toute l'antimatière ? Les antiparticules ont la même masse que leurs homologues de matière ; en revanche, certaines de leurs caractéristiques – comme leur charge électrique – sont opposées. Les physiciens cherchent à découvrir d'autres différences entre la matière et l'antimatière, des différences qui ne seraient pas décrites par le Modèle Standard de la physique des particules et qui pourraient expliquer pourquoi nous observons un tel déséquilibre entre leur quantités. [1] L'une des pistes de recherche consiste à examiner le spectre d'atomes d'antihydrogène – des atomes d'antimatière créés en combinant un positron et un antiproton – et à le comparer au spectre d'atomes d'hydrogène, qui est connu avec une précision excellente. Selon nos théories actuelles, les deux spectres devraient être identiques; c'est pourquoi la découverte d'éventuelles différences entre les deux nous donnerait des indices susceptibles d'expliquer l'origine de l'asymétrie matière/antimatière. C'est l'un des objectifs de l'expérience ALPHA, menée dans l'usine à antimatière du CERN, où a été filmée la deuxième partie de cette vidéo. [2]