On vient d’apprendre que le prix Nobel de physique 1978 Arno Penzias est décédé à 90 ans des complications de la maladie d'Alzheimer dans une résidence-services de San Francisco (États-Unis), le 22 janvier 2024. Avec son co-lauréat Robert Wilson, il avait montré en 1965 l’existence d’un fond de rayonnement cosmologique diffus, le fameux rayonnement fossile, qui va quasiment être aussitôt considéré comme la preuve de la théorie du Big Bang et dont l’étude va se faire par la suite intensément, en particulier avec la mission Planck de l’ESA.
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Le regretté Hubert Reeves a expliqué à plusieurs reprises que lorsqu'il avait commencé ses études scientifiques au cours des années 1950, et encore quelques années après avoir décroché son doctorat en astrophysique nucléaire, la communauté scientifique mondiale était plutôt sceptique devant ce que nous appelons aujourd'hui la théorie du Big BangBig Bang, proposée et développée par le Belge Georges Lemaître, puis par le physicienphysicien russe George GamowGeorge Gamow et ses collaborateurs.
La majorité des cosmologistes se rangeaient derrière Fred Hoyle qui en 1948, avec Hermann Bondi et Thomas Gold, avait proposé le désormais défunt modèle cosmologique stationnaire, modèle négateur de la théorie du Big Bang de Lemaître et Gamow.
Tout va changer en 1965 quand Arno Allan Penzias et Robert Woodrow Wilson font « accidentellement » la découverte du désormais célèbre rayonnement fossilefossile, encore appelé fond diffus cosmologiquefond diffus cosmologique (FDC, ou CMB pour l'anglais cosmic microwave background, « fond cosmique de micro-ondes »).
Arno Penzias vient hélas de décéder...
Les deux hommes travaillaient en fait en tant qu'ingénieurs pour le compte des fameux Bell Telephone Laboratories ou AT&TT Bell Laboratories - plus connus sous l'appellation de Bell Labs, ou les Bell Labs et qui portent aujourd'hui le nom de Nokia Bell Labs. Ils s'occupaient de problèmes concernant les télécommunications par satellite et ils devaient pour cela utiliser une antenne radio qui est désormais entrée dans l'Histoire. S'obstinant à connaître l'origine de ce qui semblait un mystérieux bruit de fond dans l'antenne utilisée, Penzias et Wilson établirent qu'il s'agissait bien d'un rayonnement radio mystérieux d'origine cosmique.
Sur le site « Du Big Bang au vivant », on peut trouver des renseignements sur le rayonnement fossile, comme cette vidéo extraite d'un documentaire disponible en DVD. © Groupe ECP - Dubigbangauvivant
Princeton, une Mecque de la physique relativiste et de la cosmologie
Le hasard fit également qu'ils purent en parler rapidement à un groupe de théoriciens de l'Université de Princeton, parmi lesquels se trouvait James Peebles et groupés autour de Robert Dicke qui des années 1950 aux années 1960, après des travaux en physique atomique et optique quantique (son cours de MQ reste remarquable), s'était lancé dans des travaux expérimentaux pour tester la théorie de la relativité générale. Dicke compris qu'ils venaient de se faire doubler dans leurs propres recherches du rayonnement fossile du Big Bang prédit par Gamow, et surtout son collaborateur Ralph Alpher.
Un rayonnement de fond se comportant comme un rayonnement dit de corps noir et avec une température sans cesse refroidie par l'expansion de l'espace depuis le Big Bang était en effet une prédiction propre à la théorie de Lemaître et Gamow et elle deviendra en contradiction de plus en plus forte avec l’ancien modèle cosmologique sans Big Bang à partir de 1965.
Penzias et Wilson ont partagé le prix Nobel de physique en 1978 pour cette découverte. Il existe de nombreuses vidéos, interviews et documentaires sur toute cette histoire et nous en signalons quelques-unes seulement.
Futura a eu la chance d'avoir plusieurs explications sur le rayonnement fossile avec la mission Planckmission Planck en compagnie de Laurence Perotto et la défunte Cécile Renault.
On peut lire aussi l'article des chercheurs de Princeton en 1965 précédant celui de Penzias et Wilson, aussi disponible à sa suite et publié dans l'Astrophysical Journal et donc nous donnons la présentation :
« Les mesures de la température effective de bruit zénithal de l'antenne à réflecteur cornet de 20 pieds (Crawford, Hogg et Hunt 1961) au laboratoire Crawford Hill, Holmdel, New Jersey, à 4 080 Mc/s ont donné une valeur d'environ 3,5 K supérieure que prévu. Cet excès de température est, dans la limite de nos observations, isotrope, non polarisé et exempt de variations saisonnières (juillet 1964 - avril 1965). Une explication possible de la température de bruit excessive observée est celle donnée par Dicke, Peebles, Roll et Wilkinson (1965) dans une lettre complémentaire de ce numéro. »
Faites un voyage cosmique en écoutant comment les chercheurs des Bell Labs, Robert Wilson et Arno Penzias, ont remporté le prix Nobel pour leur découverte du rayonnement cosmique de fond micro-ondes qui a fourni la première preuve expérimentale soutenant la théorie du Big Bang sur l'origine de l'Univers. Ils ont utilisé la célèbre antenne cornet pour collecter des données. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ».© Nokia Bell Labs
Un enfant juif sauvé de la Shoah
Sur Arno Penzias lui-même, il était né le 26 avril 1933 à Munich en Allemagne, dans une famille d'origine juive (ses grands-parents étaient venus de Pologne à Munich et faisaient partie des dirigeants de la synagogue de la Reichenbachstrasse). Lui et ses parents vont échapper aux nazis, d'abord lui et son frère qui vont faire partie des enfants juifs évacués vers la Grande-Bretagne en 1939 dans le cadre de l'opération de sauvetage Kindertransport. Quelque temps plus tard, c'est sa famille et lui qui se retrouvent aux États-Unis dans le Garment District de New York en 1940.
Devenu citoyen des États-Unis, Arno Penzias entrepris des études de chimiechimie mais ayant ensuite servi pendant deux ans comme officier radar de l'armée américaine il décrochera à son retour à la vie civile un poste d'assistant de recherche au Laboratoire de rayonnement de l'Université de ColumbiaColumbia qui était alors fortement impliqué dans la physique des micro-ondes. Il y travaillera sous la direction du futur prix Nobel de physique Charles Townes, bien connu pour ses travaux sur le laserlaser et le masermaser, et décrochera finalement en 1962 un doctorat en physique.
Le reste est de l'Histoire...
CUNY TV Digital Series présente la première saison de « CUNY Laureates », une websérie documentaire sur la vie et les réalisations de treize diplômés de la City University de New York qui sont ensuite devenus lauréats du prix Nobel. Le premier épisode de la série, « Arno Penzias – Le son de la création », raconte l'histoire du lauréat du prix Nobel Arno Penzias et la découverte accidentelle du rayonnement de fond cosmique (CBR) en 1965. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © CUNY TV Digital Series
