ESA Student Parabolic F light C ampaign 2003

1. ESA Student ParabolicFlight Campaign 2003 AParabolic Test Of the constancyof the Velocity Of Light (APTOVOL) www.aptovol.tk

2. L’équipe F. Guisset, S. Ovyn, G. Pfyffer, V. René de Cotret, D. Bertrand, J. Govaerts, Gh. Grégoire, X. Rouby Institut de Physique Nucléaire Université catholique de Louvain Louvain-la-Neuve, Belgium

3. Support et Sponsors • Faculty of Sciences Université catholique de Louvain B – 1348 Louvain-la-Neuve • Department of Physics • Particle physics group SSTC (Belgian Federal Science Policy Office) UCL office for scientific outreach Ministère de l’Enseignement Supérieur, de l’Enseignement de Promotion Sociale et de la Recherche Scientifique

4. Sommaire 1. Concepts théoriques présenté par Séverine Ovyn 2. Réalisation de l’expérience présenté par Vinciane René de Cotret 3. La semaine à Bordeaux présenté par Fabian Guisset 4. Analyse préliminaire présenté par Gregor Pfyffer

5. Partie 1 Concepts théoriques Présenté par Séverine Ovyn

6. Expérience de Michelson et Morley Principe : mesure de la vitesse longitudinale de la Terre dans son mouvement de rotation autour du Soleil. Expérience : - deux faisceaux monochromatiques issus d'une même source interfèrent. - un faisceau se déplace dans le sens de la vitesse longitudinale de la Terre et l’autre dans la direction perpendiculaire. Résultat : Aucune figure d’interférences n’est observée!! Conclusion : la vitesse de la lumière est une constante indépendante du référentiel galiléen où elle est mesurée.

7. Un peu de Relativité Générale • La Relativité Restreinte s'applique à des corps se déplaçant avec des vitesses constantes Problème : toute masse est soumise à la gravitation! Objectif de la Relativité Générale : réconcilier gravitation et Relativité Restreinte

8. Un peu de Relativité Générale Principe d’équivalence : Un repère uniformément accéléré est équivalent à un champ gravitationnel. Il n'existe pas de moyen pour un observateur situé dans ce repère de faire la distinction entre les deux.

9. La controverse La vitesse de la lumière cest une constante fondamentale de la Nature! Etes-vous sûr Mr. Einstein ? …

10. Questions • c est-elle vraiment constante en toute circonstance? • Des expériences ont déjà testé ce principe fondamental de physique... • La dépendance de la vitesse de la lumière en fonction de la vitesse relative du repère a déjà été supposée. • Une limite expérimentale sur la variation de c est trouvée.

11. Hypothèses La vitesse de la lumière dépendrait-elle de l’accélération du système de référence? • Les dépendancesdecpar rapoort à l’accélérationdu système de référence peuvent être linéaires ou quadratiques Nous pouvons augmenter la limite supérieure de 10³!

12. Avantages d’un vol parabolique • accélération de la Terre autour du Soleil = g/1662 • accélération du laboratoire sur Terre, en considérant la rotation journalière = g/410 • accélération maximale de l’avion ZERO-G = 2 g Les vols paraboliques offrent un environnement idéal pour observer une possible influence de l’accélération du repère sur la valeur de c !

13. Deuxième partie Préparation du projet Présenté par Vinciane René de Cotret

14. Matériel • Matériel nécessaire à l’expérience • Au sein de l’UCL (PHYS ou FSA) • Au niveau des entreprises (Optilas,…) • «Squelette» du montage, pièces de fixation, parois de protection -> Atelier FYNU CRC

15. Examen médical • Trouver un centre médical compétent pour nous déclarer « aptes au vol » : L’hôpital militaire à Neder-over-Heembeek. • Liste impressionnante de tests médicaux: électrocardiogramme, tests sanguins, radio du thorax, etc… et tout ça sans se perdre dans le dédale de couloirs!

16. Communication • Contact avec des journalistes • presse écrite • Radio, télévision • louvainlanews.org • Création d’un site web: http://www.aptovol.tk • Présenter notre projet: • A l’ESTEC (Noordwijk) • Aujourd’hui! • Festival science infuse • Dans des écoles secondaires

17. Budget • Financement • Matériel et constructions mécaniques • Tests médicaux • Transport jusqu’à Bordeaux • Assurances

18. L’expérience Comparaison de deux signaux électro-magnétiques modulés: Comment ça se passe concrètement?

19. Montage expérimental • Un laser d’amplitude modulée (jusqu’à 500 MHz) et le récepteur qui lui est associé • Un synthétiseur haute-fréquence (il fixe la fréquence de modulation du laser) • Un accéléromètre couplé au récepteur • Un oscilloscope digital et un ordinateur portable pour l’acquisition des données

20. Acquisition de données • Les signaux émis et reçus sont dirigés vers un oscilloscope: • Canal 1: signal émis (AC) • Canal 2: signal reçu (AC) + signal de l’accéléromètre (DC) • Ces deux canaux seront enregistrés sur l’ordinateur toutes les secondes et demie à travers une interface LabviewTM

21. Troisième partie A Bordeaux

22. Avant le vol • Rencontre avec l’ESA et Novespace • Rencontre avec les autres équipes • France • Danemark • Espagne • Italie • Pologne • Allemagne • Suisse • Angleterre • Norvège • et … Belgique!

23. Dernière Minute • Acquisition de données • Optimisation • Interface utilisateur • Dispositif électrique • Disjoncteur • Fixation des cables • Mousse • ~ 40 mètres

24. Contrôle de sécurité

25. Briefing • Explication des procédures • Décolage, comptes à rebours, pull-up, injection, pull-out • Sécurité à bord de l’avion • « Sauveteurs de l’air » • Toujours se tenir pour avoir un repère • Sauf dans le « free floating » • Médicaments • ScopDex: sous contrôle médical strict • N’empêche pas certains d’être malade!

26. Un vol parabolique • Phase de "pull up” • Poussée>Friction • Angle d’attaque de portée nulle • Microgravité • Poussée=Friction • Angle d’attaque “de portée nulle” • Phase de “pull out” • Poussée>Friction • Angle d’attaque “portant”

27. Vol plan FRICTION <POUSSEE PORTEE FRICTION POUSSEE PESANTEUR Forces agissant sur un avion (I)

28. “pull up” POUSSEE PORTEE CENTRIPETE FRICTION La “friction” augmente PESANTEUR Forces agissant sur un avion (II)

29. Parabole FRICTION =POUSSEE PORTEE = 0 PESANTEUR Forces agissant sur un avion (III)

30. “pull out” PORTEE La “poussée” augmente CENTRIPETE POUSSEE PESANTEUR Forces agissant sur un avion (IV)

31. Procédure de vol

32. Vol test • 5 paraboles pour « se mettre dans le bain » • Attaché sur son siège • Un demi médicament • Notre expérience a tenu bon! Quelques petits problèmes pour certains

33. Les vols! … Durant 31 paraboles … On a beaucoup travaillé … … mais on s’est aussi bien amusé!

34. Premier vol • Vol Bordeaux-Bruxelles • Accueil ministériel à Bruxelles • Excellentes conditions de vol • Paraboles presque parfaites • Léger problème au niveau de l’acquisition de données Ca nous apprendra!

35. Second vol • Toutes les données ont été enregistrées • Vol au-dessus de la Corse • Conditions moins bonnes • g négatif par moment!

36. Au revoir à Bordeaux une grande soirée Pour terminer, Remise de diplômes Céder le passage aux nouvelles équipes

37. Quatrième partie Résultats préliminaires présentés par Gregor Pfyffer

38. F Corrélation de Phases

39. tube libre tube fixé Accélération Fichiers Signaux moyens

40. Accélération enregistrée pendant le vol (II) … et nos données :

41. 1. Pas d’effet de l’accélération sur le canal 1 L’électronique ( i.e. F0 ) est insensible au conditions de vol 2. L’accélération mesurée est on bon accord avec celle de l’équipage (données partielles) Calibrations indépendantes • accéléromètre • échelle de temps 3. Les conditions de vol a 1-g ne sont pas suffisamment stables pour que nous puissions en faire une analyse pertinente Nous devons comparer les données à 0-g data avec celles à « 2-g » …mais alors n’est plus strictement vertical par rapport a la Terre Premières observations

42. Conclusions préliminaires Les valeurs moyennes à 0-g et 2-g correspondent dans la limite 2s (C.L. 95%) (ou … il y a 5% de chance pour qu’elles soient différentes)

43. 1. Propagation de la lumière dans une fibre fixe ou non ? 2. Fréquence de modulation optimale 3. Logiciel d’acquisition totalement automatique (remplaçant la procédure de démarrage manuelle) 4. Mécanique plus robuste et moins lourde 5. Enregistrement du vecteur d’accélération en 3-D Améliorations futures (a décider après une étude cinématique détaillée du vol)

44. Perspectives Amélioration de l’analyse actuelle • Détermination de l’angle de phase F0 « best fit » • Interprétation statistique des résultats Mise à jour et maintenance des pages web Activités d’outreach (conférences pour élèves du secondaire, festival Science Infuse, …) … et participation à une prochaine campagne ?!