Quel est le point commun entre les muons cosmiques et l’astronaute Sophie Adenot ?
Les muons cosmiques, ces particules subatomiques créées dans la haute atmosphère terrestre, partagent un lien fascinant avec l’astronaute Sophie Adenot. Lorsque des rayons cosmiques, principalement composés de protons, entrent en collision avec des atomes d’azote et d’oxygène à des altitudes comprises entre quinze et vingt kilomètres, ils génèrent des pions chargés qui se désintègrent rapidement en muons. En raison de leur courte durée de vie, un muon parcourt, en 2,2 microsecondes, seulement 660 mètres. Pourtant, nous recevons continuellement des muons sur Terre.
Pour comprendre ce phénomène, il est essentiel d’explorer les principes de la relativité, établis par Galilée et développés par Einstein. Selon le principe de relativité, le mouvement est relatif et le temps, initialement perçu comme absolu, devient relatif. Chaque observateur me son propre temps, connu sous le nom de « temps propre ».
Un exemple célèbre de ce principe est le paradoxe des jumeaux, où un jumeau voyage à une vitesse proche de celle de la lumière et revient plus jeune que son jumeau resté sur Terre. Ce phénomène, bien que théorique dans ce cas, se vérifie également pour les astronautes.
Dans la Station spatiale internationale, Sophie Adenot voyage à une vitesse de 27 600 kilomètres par heure. Bien que ce soit bien en dessous de la vitesse de la lumière, cette vitesse entraîne tout de même un effet relativiste. Après neuf mois passés dans l’espace, elle sera plus jeune de six millisecondes par rapport à ceux restés au sol. Si elle avait un jumeau, celui-ci serait plus âgé de cette même durée.
Les muons, quant à eux, bénéficient également d’un effet relativiste. En se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière, leur horloge est dilatée, leur permettant de parcourir les quinze ou vingt kilomètres jusqu’à la surface de la Terre en 2,2 microsecondes.
Ainsi, Sophie Adenot et les muons cosmiques sont liés par cette dilatation du temps. Tous deux expérimentent une horloge ralentie par rapport à celle des observateurs restés sur Terre, illustrant de manière concrète les principes de la relativité.
Source : The Conversation écrit par Fabrizio Bucella, Professeur, Université Libre de Bruxelles (ULB).
