1 g ▶ 1. Symbole du gramme, unité de masse (▷ kilogramme). ▶ 2. Symbole généralement utilisé pour désigner l’accélération de la pesanteur terrestre. ▶ 3. Par extension, désigne une unité d’accélération, 1 g ≡ 9,81 m · s⁻². Il faut veiller dans ce cas à ne pas le confondre avec le symbole du gramme. ▶ 4. En relativité générale, notation usuelle du tenseur métrique (sous la forme g_µν) et en particulier de son déterminant (g). ► 5. Notation usuelle du facteur de Landé. ▷ moment magnétique anormal.

2 G ▶ 1. Symbole usuel pour désigner la constante de Newton. ▶ 2. Symbole du gauss, unité d’induction magnétique. ▶ 3. Symbole du préfixe giga- (10⁹).

3 Ga Symbole de l’élément gallium (Z = 31).

4 Gabor (Dennis)

6 gadolinium (angl. Gadolinium) Élément de numéro atomique Z = 64, découvert en 1880 par Jean de Marignac (1817–1894). Il est représenté par le symbole Gd. Structure atomique : [Xe]6s²4f ⁷5d¹. Famille des lanthanides, groupe des terres rares. Masse volumique : 7 900 kg · m⁻³.

7 GAIA

9 gain

11 gaine (angl. cladding) Partie externe d’une fibre optique à saut d’indice, entourant le cœur et sur laquelle la réflexion totale permet le guidage de la lumière (▷ fibre optique).

12 gal [Gal] (angl. gal) Unité (symbole Gal) dans laquelle s’expriment les accélérations dans le système d’unités CGS. Elle est principalement utilisée (avec son sousmultiple le mGal) en géodésie pour décrire l’accélération de la pesanteur. C’est une unité dérivée, reliée aux unités de base de ce système par 1Gal ≡ 1 cm s⁻², et à celle du Système International par 1Gal = 10⁻² m · s⁻². Son nom a été choisi en l’honneur de Galilée (1564–1642).

13 galaxie

15 galaxie active

17 galaxie elliptique (angl. elliptical galaxy) Dans la classification de Hubble, galaxie de forme sphéroïdale composée de quelques centaines de millions à plus d’un milliard d’étoiles généralement âgées et peu massives, animées de mouvements internes désordonnés. La concentration d’étoiles est plus importante au centre (l’équivalent du bulbe des galaxies spirales), l’extérieur (l’équivalent du halo) étant plus riche en amas globulaires. Elles sont relativement pauvres en gaz, et le taux de natalité stellaire y est faible. Leurs caractéristiques, rappelant celles des bulbes des galaxies spirales et lenticulaires, ont laissé penser qu’elles étaient peut-être issues de l’évolution de ces dernières, mais la théorie qui semble dominer actuellement est que les galaxies elliptiques seraient plutôt le résultat de collisions galactiques. Les galaxies elliptiques les moins massives sont appelées des naines (▷ galaxie naine du Grand Chien, galaxie elliptique naine du Sagittaire).

18 galaxie hobbit (angl. hobbit galaxy) Nom proposé en 2007 pour désigner des galaxies récemment découvertes dans le Groupe local et qui sont encore plus petites et encore moins lumineuses que les galaxies naines.

19 galaxie irrégulière (angl. irregular galaxy) Dans la classification de Hubble, galaxie dont la forme n’est pas assez régulière pour être une spirale, une elliptique ou une lenticulaire. La majorité d’entre elles sont des galaxies naines, leur irrégularité provenant vraisemblablement d’interactions gravitationnelles (▷ cannibalisme galactique).

20 galaxie lenticulaire (angl. lenticular galaxy) Dans la classification de Hubble (et ses extensions), galaxie intermédiaire entre les galaxies spirales et elliptiques. Comme les secondes elles sont dénuées de gaz interstellaire et comme les premières, elles comportent un disque sans toutefois posséder de bras spiraux. Leur forme rappelle celle d’une lentille ce qui leur a donné leur nom.

21 galaxie naine du Grand Chien (angl. Canis Major Dwarf galaxy) Galaxie naine située à 25 000 annéeslumière du Soleil et à 42 000 du centre de la Voie Lactée. Malgré sa proximité, elle ne fut découverte qu’en 2003, date à laquelle elle détrôna la galaxie elliptique naine du Sagittaire au titre de notre plus proche voisine. Son existence fut en effet longtemps ignorée en raison de sa localisation : elle est située de l’autre côté du plan galactique, masquée par de nombreuses étoiles et de la poussière. Elle semble sur le point d’être détruite par les effets de marée dus à notre galaxie (▷ cannibalisme galactique).

22 galaxie de Seyfert

24 galaxie spirale

26 GALEX (télescope spatial) Acronyme de « Galaxy Evolution Explorer ». Télescope spatial de la NASA observant dans les ultraviolets, lancé en avril 2003. Il s’agit d’un petit satellite (280 kg), destiné à observer l’univers profond en ultraviolet. Sa mission devait durer 29 mois, mais elle a été étendue plusieurs fois jusqu’à sa désactivation en juin 2013.

27 Galilée

29 Galilée (expérience de)

31 Galilée (nombre de) (angl. Galileo number ) Nombre sans dimension intervenant dans l’étude du mouvement d’un corps immergé dans un fluide, et défini par

32 où g désigne l’accélération de la pesanteur, V le volume du corps, ρ sa masse volumique, ρ_ℓ celle du fluide et η la viscosité dynamique du fluide. Le nombre de Galilée est relié au nombre d’Archimède Ar, avec lequel il est parfois confondu, par Ga² = Ar.

33 Galileo (sonde)

35 Gallex

36 dont le seuil énergétique est de 233 keV. Une cuve de 54 m³ contenant 30 tonnes de gallium, protégée du rayonnement cosmique et de la radioactivité naturelle, était exposée aux neutrinos solaires. La mesure de la quantité de germanium produite pendant une durée d’exposition connue permettait de déduire le flux de neutrinos électroniques provenant du Soleil. L’avantage de cette expérience, utilisant le gallium, sur d’autres, utilisant du chlore (▷ Homestake), était que le seuil de la réaction est plus bas. Cette expérience a confirmé le problème des neutrinos solaires.

38 gallium

40 gallon (angl. gallon) Unité de volume (symbole gal) anglo-saxonne, dont il existe plusieurs définitions. Aux États-Unis, il vaut 231 pouces cubes, soit 1 gal = 3,785 411 ℓ.

41 galvanomètre (angl. galvanometer ) Instrument de mesure des champs magnétiques constitué d’une bobine parcourue par un courant. En présence d’un champ magnétique externe, le moment magnétique créé par ce courant subit un couple mécanique qui tend à l’aligner sur le champ externe. La mesure de ce couple permet de déduire la valeur du champ magnétique.

42 gamma [γ] (angl. gamma) Lettre de l’alphabet grec. ► 1. En relativité, notation usuelle pour le facteur de Lorentz. ▶ 2. Nom donné aux photons dans le domaine des hautes énergies, au-delà des rayons X (▷ rayons gamma), et au mode de désintégration radioactive les mettant en jeu (▷ radioactivité). Ce nom fut attribué en 1900 par Ernest Rutherford (1871–1937), qui nomma alpha, bêta et gamma les trois modes de radioactivité alors connus. ▶ 3. Notation conventionnelle pour le coefficient adiabatique. ▶ 4. Notation usuelle pour les matrices de Dirac. ▶ 5. Ancienne unité de champ magnétique valant 1 nanotesla, 1 γ = 10⁻⁹ T. ▶ 6. Ancienne unité de masse valant 1 microgramme, 1 γ = 10⁻⁹ kg.

43 Gamow (George)

45 GANIL

47 gap (angl. gap) De l’anglais pour « fossé ». ▶ 1. On dit qu’un spectre d’excitation (ou d’énergie) possède un gap s’il existe un continuum de valeurs interdites séparant des continuum de valeurs autorisées (▷ bandes d’énergie). ► 2. Dans le cadre de la théorie quantique des champs, le terme gap désigne souvent une séparation finie entre le premier état excité et le vide. On parle parfois de gap de masse car son existence implique que toute excitation élémentaire du champ ne peut s’obtenir qu’en fournissant une énergie supérieure à une certaine valeur seuil, laquelle est équivalente à une énergie au repos de l’excitation élémentaire. C’est par exemple le cas dans la théorie BCS de la supraconductivité, où le gap est le paramètre d’ordre de la théorie et correspond à l’énergie nécessaire pour briser une paire de Cooper, ainsi que dans la théorie quantique de Yang-Mills (ou la chromodynamique quantique), où l’on subodore que l’existence d’un gap est responsable du phénomène de confinement. La démonstration mathématique de cette implication est l’un des sept problèmes du prix du millénaire pour la démonstration desquels l’Institut Mathématique Clay offre des prix d’un million de dollars.

48 Gassendi (expérience de)

50 gauss [G] (angl. gauss) ▶ 1. Unité d’induction magnétique (symbole G ou Gs) dans les systèmes d’unités CGS électromagnétique et gaussien (▷ unités électromagnétiques, unités gaussiennes). L’induction n’ayant pas la même dimension dans ces deux systèmes d’unités, la définition précise du gauss dépend de celui dans lequel on se place. Sa relation avec le tesla du Système International d’unités, par exemple obtenue par l’intermédiaire de la force de Laplace, est 1 G = 10⁻⁴ T, mais il s’agit d’un abus de notation car l’inductance magnétique n’a pas la même dimension dans tous les systèmes d’unités. Le gauss est parfois aussi nommé l’abtesla (symbole abT). ▶ 2. Par abus de langage, on considère souvent que le gauss est une unité permettant d’exprimer l’inductance magnétique définie dans le Système International d’unités, et l’on utilise alors la correspondance exacte 1 G = 10⁻⁴ T. Il s’agit par exemple de l’ordre de grandeur du champ magnétique terrestre.

51 Gauss (Carl Friedrich)

53 Gauss (théorème de)

54 où Q désigne la charge électrique contenue à l’intérieur de la surface \(\mathcal{S}\) et ϵ₀ la permittivité diélectrique du vide, et

55 où M désigne la masse contenue à l’intérieur de la surface et G_N la constante de Newton. En utilisant le théorème de Green-Ostrogradski, ces expressions se déduisent directement des relations

56 où ρ_q désigne la charge volumique et ρ_m la masse volumique. Sous cette forme, la première est l’une des équations de Maxwell, la loi de Maxwell-Gauss. Elle conduit à la décroissance en 1/r² de la force correspondante.

58 Gay-Lussac (loi de)

59 où le coefficient α dépend de la pression p₀ et tend, pour tous les gaz, vers 1/(273,15 °C) quand celle-ci tend vers zéro. Ainsi, en choisissant l’origine des températures en T₀ = −273,15 °C (▷ échelle de température), le volume devient proportionnel à la température. Cette loi n’est valable que de façon approchée et le comportement des gaz s’en écarte à haute pression et à basse température. Cette relation a été découverte en 1787 par Jacques Charles (1746–1823) et énoncée sous cette forme en 1802 par Louis Gay-Lussac (1778–1850). On la nomme aussi parfois loi de Charles (ce qui prête à confusion avec une autre loi reliant la pression à la température, ▷ loi de Charles) ou première loi de Charles–Gay-Lussac.

61 gaz

63 gaz de Chaplygin (angl. Chaplygin gas) Modèle de fluide dont l’équation d’état s’écrit p = −A/ρ^α, où p est la pression, ρ la densité d’énergie alors que A et α sont deux constantes. Ce fluide est parfois introduit en cosmologie comme une composante présente dans l’Univers pour expliquer les propriétés observées de l’expansion cosmologique (▷ énergie noire). Elle fut proposée, avec α = 1, par le scientifique russe Sergey Alexeyevich Chaplygin (1869–1942) dans le cadre de l’aérodynamique.

64 gaz de Fermi

66 gaz parfait

67 où R désigne la constante des gaz parfaits. Cette relation, qui constitue une troisième définition possible d’un gaz parfait classique, cesse d’être valable dès lors que la distance entre constituants n’est plus négligeable devant la portée de leurs interactions mutuelles ou devant leur taille. Dans certaines conditions, il arrive également que, bien que les interactions soient toujours faibles, des effets quantiques deviennent importants. On doit alors décrire le système comme un gaz parfait quantique, qui peut être un gaz de fermions (dans lequel la pression de dégénérescence entre en jeu) ou bien de bosons (et qui peut donc subir une condensation de Bose-Einstein si la température est suffisamment faible). En raison des lois de Joule, l’énergie interne U et l’enthalpie H d’un gaz parfait classique ne dépendent que de la température et vérifient

68 où C_v et C_p désignent respectivement les capacités calorifiques à volume constant et à pression constante. Ces coefficients sont souvent considérés comme indépendants de la température, mais ils varient avec elle si le gaz n’est pas monoatomique (▷ degré de liberté). Lorsque l’on néglige ces variations, l’entropie S du gaz parfait s’écrit

69 où γ ≡ C_p/C_v et où S₀ désigne une constante que la thermodynamique classique ne peut pas déterminer.

71 gaz parfaits (constante des) (angl. gas constant ; ideal gas constant) Constante physique habituellement notée R et originalement apparue dans la loi des gaz parfaits. L’interprétation statistique de la thermodynamique lui a donné un nouveau sens, et elle est aujourd’hui définie comme \(R=\mathcal{N}_A k_{\mathrm{B}}\) où \(\mathcal{N}_A\) désigne la constante d’Avogadro et k_B la constante de Boltzmann. Il s’agit en quelque sorte d’un équivalent macroscopique de cette dernière. Depuis que la version datant de 2019 du Système International d’unités a attribué des valeurs exactes aux constantes \(\mathcal{N}_A\) et k_B, il en est de même de R qui vérifie

72 Cette constante est omniprésente en thermodynamique, notamment parce que c’est une constante fondamentale qui permet de relier température et énergie. Elle intervient donc naturellement dans l’expression des capacités calorifiques, mais aussi dans l’équation d’état de gaz, même non parfaits.

73 gaz permanent (angl. permanent gas) Gaz dont la température critique est très inférieure à la température ambiante. Il peut être comprimé à température ambiante sans subir de transition de phase vers l’état liquide. Par exemple, le dioxygène est un gaz permanent.

74 gaz de photons

75 où

76 avec k_B la constante de Boltzmann, h la constante de Planck et c la vitesse de la lumière. Son énergie interne et son entropie vérifient

78 gaz rare Gaz formé d’un élément de la dernière colonne de la classification périodique (hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon). On utilise aussi le terme gaz noble. L’élément correspondant est inerte du point de vue chimique, sa structure électronique consistant en des couches totalement remplies et d’autres totalement vides.

79 gaz réel

81 gaz sur réseau (angl. lattice gas) Modèle destiné à étudier les propriétés statistiques d’un gaz (comme la transition vers la phase liquide) à l’aide d’une répartition discrète d’atomes. Chaque point du réseau se retrouve porteur d’une information (souvent binaire) décrivant par exemple son état vide ou occupé par un atome, les interactions étant généralement entre sites voisins. Les gaz sur réseau permettent de simplifier de nombreux calculs, tout en étant facilement traités par des ordinateurs. Le modèle d’Ising peut être utilisé comme un modèle de gaz sur réseau.

82 Gd Symbole de l’élément gadolinium (Z = 64).

83 Ge Symbole de l’élément germanium (Z = 32).

84 géante rouge

86 gegenschein (angl. gegenschein) Tache faiblement lumineuse visible dans la direction opposée à celle du Soleil, lors des nuits très noires. Elle est due à la réflexion, vers l’arrière, de la lumière du Soleil par des particules de poussière millimétriques, présentes dans l’espace interplanétaire.

87 Geiger–Marsden (expérience de)

89 Geiger–Nuttall (loi de) (angl. Geiger-Nuttall law) Relation entre la constante de désintégration λ (▷ temps de vie moyen) d’un noyau instable par radioactivité alpha et l’énergie cinétique totale après désintégration. Elle s’écrit

90 où A et B désignent des constantes, Z le numéro atomique du noyau et E l’énergie cinétique totale (de la particule alpha émise et du noyau fils). Cette relation indique que le temps de vie est d’autant plus court que la particule alpha est énergétique. Ceci peut s’expliquer en modélisant un noyau radioactif comme un puits de potentiel piégeant une particule alpha, celle-ci pouvant s’échapper par effet tunnel. Une modélisation de ce type indique que

91 où q_e désigne la charge élémentaire, m la masse de la particule alpha, ϵ₀ la permittivité diélectrique du vide et ℏ la constante de Planck réduite. La relation de Geiger-Nuttall fut écrite en 1911 par Hans Geiger (1882–1945) et John Nuttall (1890–1958). L’explication théorique dut attendre 1928, par George Gamow (1904–1968), d’une part, et Ronald Gurney (1898–1953) et Edward Condon (1902–1974) d’autre part, de façon indépendante.

92 gel (angl. gel ) ▶ 1. Passage d’un liquide à l’état solide, lors d’une diminution de température. ▶ 2. Suspension de molécules dont les interactions limitent fortement les propriétés d’écoulement du fluide qui les contient, lorsque le milieu est soumis à une contrainte faible. Dans cette situation, un gel est caractérisé par un module élastique, mais si la contrainte dépasse un seuil dont la valeur est relativement petite, il commence à s’écouler. Il peut s’agir de longues molécules très enchevêtrées, de petites molécules qui s’associent pour former des objets plus grands (par exemple dans les yaourts), d’empilements de petites particules solides (par exemple dans les boues de forage), etc.

94 Gell-Mann (Murray)

96 Gell-Mann (matrices de) (angl. Gell-Mann matrices) Ensemble de 8 matrices 3 × 3 hermitiennes et de trace nulle, qui forment une représentation des générateurs du groupe SU(3). Notées λ_a, elles furent introduites par Murray Gell-Mann (1929–2019) dans sa voie octuple, et vérifient les relations (écrites en utilisant la convention d’Einstein)

97 où δ désigne le symbole de Kronecker, Tr la trace, [·, ·] le commutateur, i l’unité imaginaire (i² = −1) et f_abc des constantes telles que f₁₂₃ = 1, f₁₄₇ = −f₁₅₆ = f₂₄₆ = f₂₅₇ = f₃₄₅ = −f₃₆₇ = 1/2 et \(f_{458}=f_{678}=\sqrt{3} / 2\).

98 Gell-Mann–Nishijima (formule de) (angl. Gell-Mann-Nishijima formula) Dans le cadre de l’étude de l’interaction forte, formule proposée par Murray Gell-Mann (1929–2019) et Kazuhiko Nishijima (1926–2009) qui relie la charge électrique Q, l’hypercharge Y et la troisième composante de l’isospin I₃ sous la forme :

99 où \(Y=\mathcal{B}+\mathcal{S}\), avec \(\mathcal{B}\) le nombre baryonique et S l’étrangeté, le nouveau nombre quantique qu’ils introduisirent en 1953. Dans le modèle des quarks, la formule précédente a été généralisée grâce à une redéfinition de l’hypercharge sous la forme \(Y=\mathcal{B}+S+C+B+T\), où \(\mathcal{B}\) est le nombre baryonique, S l’étrangeté, C le charme, B la saveur associée au bottom et T celle associée au top. Par ailleurs, dans le cadre de l’interaction électrofaible, il existe une formule semblable qui repose sur la structure U(1)×SU(2) du groupe de jauge et relie la charge électrique à l’isospin faible I₃ [un des générateurs de SU(2)] et l’hypercharge faible Y_w [générateur de U(1)] :

100 générateur (angl. generator) ▶ 1. Nom générique des dispositifs permettant d’imposer un courant ou une tension à ses bornes, on parle respectivement de générateur de courant et de générateur de tension (▷ générateur basse fréquence). Ce terme englobe aussi les générateurs électrostatiques. ▶ 2. Opérateur \(\hat{G}\) représentant l’action d’une transformation continue élémentaire (par exemple une rotation d’un angle δθ autour d’un axe i) sur une grandeur physique A,

101 Lorsque ces transformations sont des symétries du système étudié, les générateurs sont associés à des grandeurs physiques conservées, par exemple la quantité de mouvement pour les translations, ou le moment cinétique pour les rotations. Par ailleurs, si les transformations considérées forment un groupe de Lie, les générateurs sont une représentation de l’algèbre de Lie associée à ce groupe.

102 générateur basse fréquence Dispositif électrique délivrant une tension périodique dont la fréquence est généralement comprise entre quelques centièmes de Hz et quelques MHz. Les modèles courants proposent souvent des signaux de plusieurs formes (sinusoïdaux, triangulaires, rectangulaires) et des tensions de sortie de quelques volts au maximum.

103 générateur de Cockcroft–Walton (angl. Cockcroft-Walton generator) Générateur électrostatique dont la charge est assurée par une chaîne de condensateurs reliés de façon à ce que le courant ne les traverse que dans un sens. Ils sont alimentés par une tension alternative, et leur charge est plus rapide que leur décharge. Celui du laboratoire Fermilab à Chicago, par exemple, est toujours en activité. Il sert d’injecteur et permet d’accélérer des ions jusqu’à 750 eV.

104 générateur électrostatique (angl. electrostatic generator) Dispositif permettant de produire des différences de potentiel électrique élevées (de l’ordre de quelques milliers de volts ou davantage) en accumulant des charges électriques sur une borne (▷ machine de Wimshurst, générateur de van de Graaff, générateur de Cockcroft-Walton).

105 générateur de signaux Générateur de tension permettant de délivrer des signaux périodiques de différents types, notamment sinusoïdaux, triangulaires, ou rectangulaires.

106 générateur de van de Graaff

108 genre (angl. type ; kind) En relativité, et dans les théories adoptant le même formalisme, caractéristique de certains objets géométriques ou physiques qui peuvent ainsi être du genre temps, du genre espace ou du genre lumière selon le signe d’une quantité qui leur est associée. On emploie parfois l’adjectif nul(le) comme synonyme de ce dernier cas. ▶ 1. Le genre de l’intervalle spatiotemporel entre deux événements est directement relié à son signe et détermine l’éventuelle relation causale entre les événements. Si l’intervalle a le même signe que la composante temporelle de la signature de la métrique, il est du genre temps. Les deux événements peuvent alors être reliés causalement, ce qui signifie que l’un peut être la cause ou l’effet de l’autre. Si l’intervalle a le signe opposé, il est du genre espace. Dans ce cas, les deux événements ne peuvent pas avoir une influence l’un sur l’autre. Enfin, si l’intervalle est égal à zéro, il est du genre lumière (ou nul) et les deux événements ne peuvent être en relation que par l’intermédiaire d’un signal voyageant à la vitesse de la lumière. Remarque : ces définitions sont valables entre deux événements quelconques en relativité restreinte, et plus généralement dans un espace-temps plat, mais uniquement entre événements voisins en relativité générale ou dans toute théorie faisant intervenir un espace-temps courbe. ▶ 2. Le genre d’un quadrivecteur est défini de manière strictement analogue par le signe du carré de sa pseudo-norme, lequel dépend de la signature choisie pour la métrique. Indépendamment de celle-ci, certains quadrivecteurs correspondant à des grandeurs physiques ont toujours un genre donné. Par exemple, la quadrivitesse ou la quadri-impulsion d’une particule massive sont du genre temps, alors que celles d’une particule sans masse sont du genre lumière. ▶ 3. Quand on considère une courbe tracée dans l’espace-temps, par exemple une géodésique, son genre en un point donné est déterminé par celui d’un quadrivecteur tangent à la courbe en ce point. En particulier, les lignes d’univers de particules massives sont toujours du genre temps en chacun des événements qui les composent, alors que celles de particules sans masse sont du genre lumière. Une courbe ne passant que par des événements simultanés dans un certain référentiel est quant à elle du genre espace. ▶ 4. Le genre d’une hypersurface est défini comme celui du quadrivecteur qui lui est orthogonal. Les hypersurfaces du genre lumière, dont les horizons de trous noirs sont un exemple, ont la particularité que ce quadrivecteur leur est également tangent.

109 géocentrique

111 géodésie

114 géodésique (angl. geodesic) Dans un espace(-temps) courbe muni d’une métrique, une géodésique, ou courbe géodésique, est une généralisation de la notion de ligne droite qui partage les deux principales caractéristiques de celle-ci. Ainsi, étant donnés deux points quelconques, la géodésique est une courbe passant par ces points dont la longueur est stationnaire. En général il s’agit donc du plus court (ou plus long) chemin (par exemple la ligne droite dans un espace plat ou un grand cercle à la surface d’une sphère). Le terme « longueur » est ici à prendre au sens large, celle-ci étant définie par la métrique qui n’est pas nécessairement positive. En particulier, pour un espace lorentzien on distingue les géodésiques selon leur genre. La deuxième caractéristique que la géodésique partage avec la ligne droite est qu’il s’agit d’une courbe auto-parallèle : si, en un point donné de la courbe, on déplace un morceau de celle-ci dans la direction du vecteur tangent en ce point la courbe reste inchangée. On peut montrer que cette deuxième propriété ne nécessite pas que l’espace soit muni d’une métrique et qu’il suffit d’une connexion. Dans certains cadres, mathématiques ou physiques, on distingue par conséquent les courbes extrémales des courbes auto-parallèles. La notion de géodésique, avec ses deux aspects, joue un rôle fondamental en relativité générale puisque les particules-tests massives en chute libre y suivent des géodésiques du genre temps (▷ équation des géodésiques, déviation géodésique, postulat des géodésiques), les particules sans masse suivant quant à elles des géodésiques nulles.

115 géodésiques (postulat des) (angl. geodesics postulate) En relativité générale, principe selon lequel les particules-tests sans rotation propre et en chute libre suivent des géodésiques de l’espace-temps. Initialement inclus comme un postulat indépendant dans la théorie publiée en 1916 par Albert Einstein (1879–1955), il s’agit en fait d’une conséquence des équations de champ, comme le démontrèrent notamment en 1938 Einstein, Leopold Infeld (1898–1968) et Banesh Hoffmann (1906–1986). Pour des particules-test ayant une rotation propre, ▷ équation de Papapetrou.

116 géodimètre Instrument de mesure de distances qui repose sur celle du temps que met une onde électromagnétique à parcourir un aller-retour entre un émetteur, un réflecteur et un récepteur voisin de l’émetteur. Il est aussi nommé distancemètre. On l’utilise notamment pour faire des relevés topographiques, et on le voit souvent employé sur le bord des routes.

117 géoïde

119 géomagnétisme

121 géométrie non-commutative

123 géométrodynamique (angl. geometrodynamics) Approche de l’électromagnétisme et de la relativité générale proposée dans les années 1950 par John Wheeler (1911–2008), et dont le but était d’expliquer l’ensemble des propriétés de la matière et des champs fondamentaux de manière géométrique, les particules ponctuelles étant des sortes de configurations solitoniques des champs (▷ géon). On utilise aussi parfois le terme « géométrodynamique » pour désigner le fait que la relativité générale décrit l’évolution dynamique de la géométrie de l’espacetemps sous l’action de son contenu.

124 géon (angl. geon) De l’anglais « gravitational electromagnetic entity ». Entité théorique proposée en 1955 par le physicien John Wheeler (1911–2008) et dont l’existence reste hypothétique. Les géons seraient des paquets d’ondes gravitationnelles ou électromagnétiques liés par leur propre potentiel gravitationnel. Wheeler alla jusqu’à proposer que cette notion pourrait intervenir dans la description des particules élémentaires. Cette proposition se heurte à deux problèmes, d’une part les géons sont des objets non quantiques et d’autre part leur stabilité reste à démontrer. Cette idée rentre dans le cadre de la géométrodynamique et est à reliée à celle développée à la fin du xix^e siècle d’une origine électromagnétique à la masse. On parle aussi parfois de soliton gravitationnel.

125 géoneutrino

127 géophysique

129 géostationnaire

131 géosynchrone (angl. geosynchronous) Qualifie une orbite d’un satellite dont la période est égale à celle de la rotation de la Terre. Le satellite passe ainsi au-dessus du même point de la Terre tous les jours à la même heure. On parle aussi d’orbite synchrone. Si l’orbite est contenue dans le plan de l’équateur, l’orbite est dite géostationnaire. La période d’une orbite géosynchrone est égale à T = 1 jour, et l’altitude h vérifie alors

132 où R_⊕ et M_⊕ désignent respectivement le rayon et la masse de la Terre, G_N la constante de Newton et Ω = 2π/T la pulsation correspondant au mouvement de rotation de la Terre sur elle-même. Ceci donne numériquement une altitude h ≈ 35 800 km ≈ 5,6 R_⊕.

133 gerbe (angl. shower) Lors de collisions en cascade initiées dans un milieu par une particule unique, désigne l’ensemble des particules créées. En particulier, on observe des gerbes dans l’atmosphère, où elles sont dues aux rayons cosmiques, ou dans les calorimètres de détecteurs de physique des particules. Dans les deux cas, la détection de toutes les particules de la gerbe et la reconstruction des différentes réactions dont elles sont issues permet d’obtenir des informations sur la particule initiale. La gerbe produite par spallations lorsqu’un rayon cosmique atteint la haute atmosphère est appelée gerbe atmosphérique. On en distingue deux types :

135 Les gerbes atmosphériques ont été découvertes en 1938 par Pierre Auger (1899–1993).

136 germanium

138 GeV Abréviation de gigaélectron-volt. ▷ électron-volt.

139 Gibbs (Willard)

141 Gibbs–Duhem (relation de) (angl. Gibbs-Duhem relation) Relation entre les variations élémentaires des variables intensives T, p et µ (la température, la pression et le potentiel chimique, respectivement) décrivant un système thermodynamique. Elle s’écrit

142 où µ_i est le potentiel chimique de l’espèce i et où les variables conjuguées des variables intensives considérées sont respectivement l’entropie S, le volume V et le nombre de moles (ou de particules) N_i.

143 giga- Préfixe (symbole G) indiquant le multiple 10⁹ d’une unité. Par exemple, un gigaHertz (1 GHz) représente 10⁹ Hz.

144 gigue (angl. jitter) Variation aléatoire de certaines caractéristiques d’un signal électrique, comme son amplitude ou sa phase par exemple, évoquant la danse du même nom. Pour des signaux sous forme de paquets d’onde ou de type impulsionnels, la position des impulsions ou des paquets, comme leur largeur, est soumise à un effet de gigue. On caractérise généralement la gigue associée à une grandeur physique par sa valeur moyenne et son écart-type. L’origine physique de la gigue peut être liée aux fluctuations thermiques du système considéré ou à des phénomènes extérieurs. La gigue est une spécification importante des appareils de mesure électrique (et de leur prix), puisqu’elle détermine la bande passante dans laquelle l’appareil donne des mesures fiables, non perturbées par des phénomènes extrinsèques au système mesuré.

145 gilbert [Gb] (angl. gilbert) Unité de force magnétomotrice (symbole Gb) dans les systèmes d’unités CGS électromagnétique et gaussien (▷ unités électromagnétiques, unités gaussiennes). Elle est définie comme la force magnétomotrice dans un circuit fermé traversé par un courant de (1/4π) abA (▷ abampère). La relation entre le gilbert et l’ampère-tour est

146 mais il s’agit d’un abus de notation car la force magnétomotrice n’a pas la même dimension dans tous les systèmes d’unités.

147 Gilbert (William)

149 Gilder (loi de) (angl. Gilder’s law) Loi empirique décrivant les développements technologiques des systèmes de télécommunication qui spécifie que leur bande passante triple tous les ans. Il existe une loi similaire pour la densité de composants sur les circuits intégrés (▷ Loi de Moore).

150 GIM (mécanisme de) (angl. GIM mechanism) Mécanisme proposé en 1970 par Sheldon Lee Glashow (1932–), Jean Iliopoulos (1940–) et Luciano Maiani (1941–) pour expliquer l’absence de réactions associées simultanément à un courant neutre et à un changement de saveur (par exemple une désintégration du quark étrange en un quark down). Il repose sur l’introduction d’un quatrième quark, le quark charme, qui fait partie d’une deuxième génération avec le s.

151 Ginzburg–Landau (théorie de) (angl. Ginzburg-Landau theory) Théorie phénoménologique de la supraconductivité développée dans les années 1950 par Lev Landau (1908–1968) et son étudiant Vitaly Ginzburg (1916–2009). Elle repose sur la théorie des transitions de phase de Landau, dans laquelle l’introduction d’un paramètre d’ordre complexe décrivant l’état supraconducteur permet de retrouver les résultats de la théorie de London. En outre, elle prévoit l’existence d’une deuxième distance caractéristique de la cohérence du supraconducteur, en plus de la longueur de pénétration qui intervient déjà dans la théorie de London. L’étude des propriétés physiques du milieu en fonction du rapport entre ces deux longueurs mena Alexei Abrikosov (1928–2017) à prédire l’existence de deux types de supraconducteurs. Tout d’abord traitée avec peu de considération par les chercheurs occidentaux, la théorie de Ginzburg-Landau fut prise plus au sérieux après que Lev Gor’kov (1928–2016) eut montré en 1959 qu’on pouvait l’obtenir à partir de la théorie BCS pour des températures proches de la température critique. Dans ce cadre, le paramètre d’ordre complexe n’est autre que la fonction d’onde de la paire de Cooper.

152 glace

154 glace amorphe

156 Glashow (Sheldon Lee) (1932–) Physicien théoricien américain, prix Nobel de physique en 1979 (avec A. Salam et S. Weinberg) pour « leurs contributions à la théorie unifiant les interactions faibles et électromagnétiques, en particulier la prédiction des courants neutres faibles ». Il s’est fait remarquer pour des prises de position marquées contre la théorie des cordes.

157 Glashow–Weinberg–Salam (théorie de)

159 glissement ▶ 1. Mouvement relatif de deux corps en leurs points de contact, par exemple entre deux solides, ou entre un liquide et une paroi solide. Dans ce dernier cas, on considère généralement que le glissement est nul en mécanique des fluides, sauf pour des nombres de Knudsen élevés. ▶ 2. Pour un moteur asynchrone, désigne la différence de vitesse angulaire entre le moteur et l’excitation.

161 glisseur Torseur dont le moment s’annule en au moins un point de l’espace, mais dont la résultante \(\vec{R}\) n’est pas nulle. À l’aide des propriétés de l’axe central, on montre que les éléments de réduction d’un glisseur \(\mathcal{G}(P)\) en un point P quelconque peuvent s’écrire

162 où O est un point de l’axe central, lieu où s’annule le moment. Le torseur associé à une force unique ou le torseur cinématique d’un solide en rotation autour d’un axe sont deux exemples de glisseurs. Tout torseur se décompose comme la somme d’un couple et d’un glisseur (▷ axe central).

163 glitch (angl. glitch) Le terme « glitch » est un anglicisme utilisé tel quel en français, et que l’on aurait pu éventuellement traduire par « défaut » ou « pépin ». Récent même en anglais, il pourrait provenir de l’allemand « glitschig » qui signifie « glissant ». ▶ 1. En électronique ou électricité, un glitch est un signal parasite de brève durée ayant des conséquences néfastes sur le fonctionnement du système. ▶ 2. Augmentation soudaine de la vitesse de rotation d’un pulsar, vraisemblablement causée par une réorganisation des vortex associés aux neutrons superfluides qui baignent l’écorce externe de l’étoile à neutrons. Visible sur la courbe qui représente le ralentissement d’un pulsar par émission de rayonnement électromagnétique, cette accélération apparaît comme un bref sursaut vite oublié.

164 gluino (angl. gluino) Particule hypothétique, partenaire supersymétrique des gluons dans les théories supersymétriques. Ce sont des fermions de Majorana de spin 1/2.

165 gluon

167 goldstino (angl. goldstino) Particule fermionique de masse nulle pouvant être créée par la brisure spontanée d’une supersymétrie globale. C’est l’équivalent du boson de Nambu-Goldstone lorsque la symétrie brisée repose sur des degrés de liberté fermioniques et non bosoniques.

168 Goldstone (théorème de) (angl. Goldstone theorem) Théorème de théorie quantique des champs stipulant que toute brisure spontanée d’une symétrie globale continue donne lieu à l’apparition de particules sans spin et de masse nulle. Ce théorème, valable pour un espace de dimension supérieur à 2 (▷ théorème de Mermin-Wagner ), prédit que le nombre de ces bosons, nommés bosons de Goldstone ou de Nambu-Goldstone, est au plus égal à celui des générateurs qui ne laissent pas le vide invariant. Autrement dit, si l’on avait au départ un groupe de symétrie à n générateurs et qu’après brisure spontanée de la symétrie il ne reste plus qu’un groupe de dimension p < n, le nombre de bosons de Goldstone est au plus n − p. Ce théorème intervient autant en physique des particules (théorie quantique des champs relativistes) qu’en matière condensée (théorie quantique des champs non-relativistes). Dans le premier cas, le nombre de bosons est strictement égal à n − p, si le groupe de symétrie brisé n’est pas un groupe de transformations spatio-temporelles, c’est-à-dire s’il correspond à une symétrie dite interne. Dans le cas non-relativiste, le nombre de bosons de Goldstone dépend des détails du problème physique, même pour une symétrie interne. Par exemple, la brisure de symétrie du groupe des rotations SO(3) en son sous-groupe SO(2) est derrière les phénomènes de ferromagnétisme et d’anti-ferromagnétisme, mais on observe un seul boson de Goldstone pour le ferromagnétisme et deux dans l’anti-ferromagnétisme (▷ magnon). Dans le cas où la symétrie brisée est une symétrie de jauge, ce théorème ne s’applique pas, les degrés de liberté associés se trouvant inclus dans les bosons de jauge qui deviennent massifs (▷ mécanisme de Higgs). Les travaux précurseurs de Yoichiro Nambu (1921–2015) sur ce sujet lui valurent le prix Nobel de physique en 2008.

169 gon (angl. gon) Unité d’angle plan, synonyme du grade, soit un centième d’angle droit. Il a donné son nom au goniomètre.

170 goniomètre Dispositif servant à mesurer des angles dans un plan horizontal. On utilise le goniomètre pour déterminer la déviation angulaire de rayons lumineux, par exemple après la traversée d’un prisme, ou encore évaluer la position des pics de diffraction par des cristaux dans le domaine des rayons X. Le nom provient du « gon », unité de mesure des angles plans synonyme du grade.

171 Goos–Hänchen (effet)

173 goutte

175 goutte liquide (modèle de la)

177 goutte noire

179 goutte pendante (méthode de la) (angl. pendant drop method) Méthode de mesure de la tension superficielle qui repose sur l’étude de la géométrie d’une goutte pendant au bas d’un capillaire rempli de liquide. En particulier, le rayon maximal et le rayon minimal de la goutte pendante permettent, grâce à des tables, de déduire la tension superficielle.

180 Gouy (fonction de) ▷ exergie.

181 GPS (Global Positioning System)

183 GRACE Acronyme de « Gravity Recovery and Climate Experiment ». Couple de satellites lancés en mars 2002 et permettant des mesures précises de gravimétrie. Ces mesures reposent sur celle de la variation de la distance (environ 220 km) entre les deux satellites en fonction de la région survolée, cet écart étant déduit du temps mis par un faisceau de micro-ondes pour faire l’aller-retour entre les deux satellites. Sa sensibilité lui permet de déterminer le niveau de retenues d’eau (avec une précision de 1 cm pour un rayon de 300 km) et de détecter les mouvements des masses d’eau dans les océans. En particulier, l’analyse de ses résultats devrait permettre de déterminer la part de l’augmentation du niveau des océans due à l’expansion thermique et celle due à la fonte des glaces polaires. Son fonctionnement nécessitant de prendre en compte des effets relativistes, on le présente parfois comme un exemple d’application de la relativité générale.

184 grad (angl. grad) Notation usuelle de l’opérateur gradient.

185 grade (angl. grad) Unité d’angle plan (symbole gr), défini comme un centième d’angle droit.

186 gradient (angl. gradient) ▶ 1. Désigne l’existence d’une variation spatiale continue d’une quantité physique. On parle ainsi de gradient de température, de gradient d’indice optique, de gradient de pression, etc. Par extension, désigne également des grandeurs associées à cette variation (voir les sens suivants). ▶ 2. Opérateur vectoriel, noté \(\overrightarrow{\mathrm{grad}}\) ou \(\vec{\nabla}\) (▷ nabla), qui généralise la notion de dérivée aux fonctions de plusieurs variables et associe une grandeur vectorielle à une fonction scalaire. La définition plus précise du gradient repose sur l’étude de la variation d’une quantité f scalaire définie sur un espace affine quelconque. Si l’on note df la variation de cette fonction entre deux points P et Q séparés par un vecteur déplacement infinitésimal \(d \vec{r}\), alors le gradient de f, noté \(\overrightarrow{\mathrm{grad}}\) f, est défini par l’égalité

187 où le point désigne le produit scalaire. Dans la base associée à des coordonnées cartésiennes, ses composantes sont donc

188 Attention, cet opérateur prend des formes différentes dans d’autres systèmes de coordonnées si l’on travaille, comme on le fait d’ordinaire en physique élémentaire, dans la base mobile orthonormée associée à ces coordonnées. En effet, son expression dépend de la façon dont on définit le déplacement élémentaire, et par conséquent les vecteurs de base. En considérant des bases orthonormées, le gradient s’écrit par exemple en coordonnées cylindriques

189 et en coordonnées sphériques

190 Le gradient de f décrit les variations spatiales de cette fonction, le vecteur \(\vec{\nabla} f\) étant perpendiculaire aux surfaces iso-f et dirigé dans le sens des valeurs croissantes de f. Cet opérateur fut introduit en 1885 par Oliver Heaviside (1850–1925). Il s’agit d’un cas particulier de différentielle et il est parfois avantageux de le considérer comme une forme (ou covecteur) plutôt que comme un vecteur. ▶ 3. Par extension, le gradient d’un champ tensoriel d’ordre n est un champ tensoriel d’ordre n + 1 dont les composantes sont les dérivées partielles ou covariantes des composantes du champ tensoriel initial (▷ champ tensoriel). Par exemple, étant donné un champ de vitesse vⁱ, on note parfois \(\overrightarrow{\operatorname{grad}} \vec{v}\) le champ tensoriel euclidien d’ordre 2 dont les composantes sont ∇_iv_j et qui intervient en mécanique des milieux continus. ▶ 4. On nomme également « gradient » la version quadri-dimensionnelle de l’opérateur précédent introduite en relativité (▷ quadrivecteur gradient).

191 gradient d’indice (angl. index gradient) Variation continue de l’indice de réfraction d’un milieu continu. La propagation de la lumière n’a alors pas lieu en ligne droite (▷ mirage). Dans certaines fibres optiques, la présence d’un gradient d’indice permet de guider la lumière dans leur partie centrale (▷ fibre optique).

192 gradiomètre gravitationnel

194 Graham (loi de) (angl. Graham’s law of effusion) Loi énoncée en 1831 par Thomas Graham (1805–1869), et selon laquelle le taux d’effusion d’un gaz à travers un petit trou (le nombre de molécules sortant du trou par unité de temps) est proportionnel à la racine carrée de sa masse moléculaire.

195 grain ▶ 1. En photographie argentique, désigne la taille des cristaux d’argent utilisés pour impressionner le film. Cette taille détermine la résolution de l’image obtenue. L’utilisation de gros grains entraîne une perte de résolution mais augmente généralement la sensibilité du film, ce qui permet de prendre des clichés dans des conditions de lumière moins favorables ou à des vitesses plus grandes. ▶ 2. Petite région d’un solide au sein de laquelle la structure cristalline est homogène (▷ monocristal). Un solide est formé d’un grand nombre de grains, dont la taille et la forme déterminent ses propriétés macroscopiques (notamment mécaniques). Les grains sont séparés par des défauts cristallins appelés des « joints de grain ».

197 Gram (matrice de) (angl. Gram matrix ) Étant donnés un espace vectoriel muni d’un produit scalaire noté « · » et une famille de n vecteurs de cet espace, notés \(\vec{v}_i\), la matrice de Gram associée à la famille est la matrice G de taille n × n dont les éléments G_ij vérifient

198 avec, pour une famille orthonormée, G_ij = δ_ij, où δ désigne le symbole de Kronecker. Lorsque le produit scalaire est euclidien, la matrice de Gram est symétrique, et, lorsqu’il est hermitien, elle est hermitienne. Dans le cas où la famille est une base, la matrice de Gram coïncide avec le tenseur métrique, ces notions se généralisant sans difficulté au cas d’un espace pseudo-euclidien, c’est-à-dire d’un espace vectoriel muni d’un pseudo-produit scalaire. C’est par exemple ce qui est fait dans le formalisme spatio-temporel de la relativité restreinte.

199 gramme (angl. gram) Unité de masse (symbole g) définie par 1 g ≡ 10⁻³ kg.

200 grand attracteur (angl. Great Attractor) Concentration de masse située derrière la région centrale de la Voie lactée et mise en évidence par son action gravitationnelle sur les galaxies qui nous entourent. La nature exacte de cet objet de masse ∼ 10¹⁶ M_⊙ situé à environ 65 Mpc de la Galaxie n’est pas connue dans le détail. Il pourrait s’agir d’un superamas centré sur l’amas Abell 3627. Malgré la difficulté des observations à travers la Voie lactée, il semble établi qu’on ne trouve pas une quantité suffisante de galaxies à cet endroit, et que celui-ci soit constitué principalement de matière noire.

201 grand potentiel (angl. grand potential) Fonction thermodynamique définie à partir de l’énergie interne U, la température T, l’entropie S, le potentiel chimique µ et le nombre de constituants N par

202 On la note aussi J. D’après la relation d’Euler, cette grandeur est reliée, pour un corps pur, à la pression p et au volume V par Φ = −pV. En physique statistique, elle apparaît naturellement dans le cadre grand-canonique et peut s’écrire à l’aide de la fonction de partition grandcanonique Ξ sous la forme

203 grandeur physique Qualité que l’on attribue à un système ou à un phénomène et qui permet, dans le cadre d’une modélisation mathématique, de rendre compte de certaines observations de manière objective, prédictive et quantitative, en accord avec les principes de la méthode scientifique telle qu’on l’applique en physique. Il n’existe pas une unique et précise définition générale de ce qu’est une grandeur physique car ce terme réunit des concepts aux degrés d’abstraction très variés. Ainsi, certaines d’entre elles sont reliées à des notions assez intuitives rencontrées au quotidien, comme la longueur, alors que d’autres, comme l’action, ne sont pas directement sensibles et reposent sur des mathématiques sophistiquées. Bien que toujours associées à des objets mathématiques, les grandeurs physiques se distinguent de ceux-ci par leur éventuelle dimension physique, mais également par le fait qu’à une même grandeur peuvent correspondre des objets mathématiques distincts, selon la théorie dans laquelle on se place (▷ dimension physique, mesurable, repérable).

204 grandeur visuelle ▷ photométrie.

205 grandissement Quantité caractérisant la taille relative d’un objet et de son image par un système optique. On distingue trois types de grandissements :

207 Ces trois grandissements ont généralement des valeurs différentes, et dépendent du système optique et de la position de l’objet. Toutefois, dans les conditions de Gauss elles sont reliées par

208 graphe

210 graphène

212 Grashof (nombre de) (angl. Grashof number) Nombre sans dimension caractérisant l’importance relative des forces de pesanteur et des forces de viscosité, dans un fluide convectif sous l’action d’une différence de température ΔT. Il est défini par

213 où g désigne l’accélération de la pesanteur, V le volume caractéristique du problème, ν la viscosité cinématique et α le coefficient de dilatation thermique du fluide (▷ coefficients thermoélastiques). Cette forme découle du rapport entre gΔρV, la force de pesanteur corrigée de la poussée d’Archimède, et ρν², la force d’origine visqueuse. Le nombre de Grashof est aussi égal au nombre de Rayleigh Ra divisé par le nombre de Prandtl Pr.

214 Grassmann (variable de) (angl. Grassmann number ) Variables anticommutantes utilisées pour décrire les fermions dans la formulation par intégrales de chemin de la théorie quantique des champs et qui interviennent aussi dans le cadre de la supersymétrie ou de la théorie des cordes (on parle alors parfois de coordonnées fermioniques). Ces variables, souvent notées θ, ont des propriétés surprenantes. En particulier, le fait que θ² = 0 pour tout θ impose que toutes les fonctions f(θ) sont affines en θ.

215 gravidyne

217 gravimètre à coin de cube Dispositif permettant de déduire la valeur de l’accélération de la pesanteur du temps de chute d’un dispositif réfléchissant placé dans l’un des bras d’un interféromètre, ce temps de chute étant mesuré en comptant le défilement des franges d’interférence formées par le dispositif, au cours de la chute. L’élément réfléchissant est généralement constitué d’un coin de cube, d’où le nom.

218 gravimètre absolu (angl. absolute gravimeter ) Dispositif permettant de déterminer l’accélération de la pesanteur g en mesurant le temps de chute libre d’un corps dans une enceinte sous vide. Il en existe plusieurs types, dans lesquels la mesure du temps de chute est effectuée par des moyens physiques différents (▷ gravimètre à coin de cube).

219 gravimétrie

221 gravitation

222 où r est la distance entre les masses et où G_N désigne la constante de Newton. Malgré ses grands succès (prédiction de la forme de la Terre et de l’existence de Neptune, explication des lois de Kepler, etc.), cette approche classique ne permet pas de rendre compte de certains phénomènes liés à la gravitation, et la relativité générale en donne une description beaucoup plus satisfaisante mais aussi plus complexe (▷ relativité générale). En revanche, on ne sait pas décrire la gravitation de façon pleinement satisfaisante au niveau quantique (▷ gravitation quantique).

225 gravitation (constante de la)

226 et est connue avec une précision relative de l’ordre de 10⁻⁴ (▷ paramètre gravitationnel standard). On la nomme aussi constante de Newton, en l’honneur du grand savant anglais, même s’il ne fit lui-même intervenir aucune constante en exprimant la loi de la gravitation universelle. C’est Alfred Cornu (1841–1902) et Jean-Baptiste Baille (1841–1918) qui, en 1873, y introduisirent explicitement une constante qu’ils notèrent f. La notation G fut adoptée dans les années 1890.

228 gravitation modifiée

230 gravitation quantique

232 gravitation universelle (loi de la) Nom couramment donné à la loi de Newton décrivant l’attraction gravitationnelle des corps (▷ force gravitationnelle).

233 gravité quantique à boucles

235 gravitino (angl. gravitino) Particule hypothétique de spin 3/2, partenaire supersymétrique du graviton. Son caractère hypothétique est double, tributaire de l’existence de la supersymétrie et de celle du graviton.

236 [gravitomagnétisme

237 où \(\vec{g}\) désigne l’accélération de la pesanteur newtonienne et \(\vec{B}_q\) le champ gravitomagnétique, donné en fonction du moment cinétique \(\vec{L}\) de la source gravitante par

238 où \(\vec{u}\) est un vecteur unitaire allant du centre de la source vers le point de mesure qui en est situé à la distance r. Dans cette limite, les équations d’Einstein se ramènent, pour les deux vecteurs \(\vec{g}\) et \(\vec{B}_g\), à des équations semblables à celles de Maxwell. Il existe plusieurs façons équivalentes de définir le champ \(\vec{B}_g\), et l’on peut donc rencontrer plusieurs normalisations des facteurs qui apparaissent dans la force ou dans l’expression de ce champ. Le gravitomagnétisme est parfois nommé gyrogravitation.

240 graviton

242 Gravity Probe A Sonde spatiale lancée en 1976 pour tester le décalage vers le rouge d’origine gravitationnelle (▷ effet Einstein). Elle emporta à son bord un maser à hydrogène, dont la fréquence d’émission était bien connue. La mesure de la fréquence observée au niveau du sol permit de vérifier quantitativement la prédiction issue du principe d’équivalence, avec une précision relative de l’ordre de 10⁻⁴.

243 Gravity Probe B

245 gray [Gy] (angl. gray) Unité (symbole Gy) de dose absorbée par un corps soumis à un environnement radioactif, dans le Système International d’unités. C’est une unité dérivée, reliée aux unités de base par 1Gy ≡ 1m² · s⁻². Le gray a remplacé le rad dans le Système International d’unités en 1986.

246 grec Qualifie les astéroïdes situés au point de Lagrange L5 du système formé par le Soleil et un corps planétaire, en particulier Jupiter (▷ troyen).

247 Green (fonction de)

248 est une fonction de Green de l’équation de Laplace, dont l’allure précise dépendra de celui des conditions aux limites choisies. Une solution générale f de l’équation avec un terme source égal à \(S(\vec{r})\) est obtenue à partir de G par une convolution selon

249 Les fonctions de Green sont un outil fondamental de la physique permettant de résoudre de nombreuses équations aux dérivés partielles. En particulier, elles sont omniprésentes en théorie quantique des champs à la Feynman où elles sont connues sous le nom de propagateurs.

251 Green–Ostrogradsky (théorème de) (angl. Green-Ostrogradsky theorem) Théorème reliant l’intégrale de la divergence d’un vecteur \(\vec{A}\) dans un volume \(\mathscr{V}\) au flux de ce vecteur calculé sur la surface \(\mathscr{S}\) délimitant ce volume. Il s’écrit

252 On l’appelle aussi théorème de la divergence. Ce théorème intervient par exemple en électrostatique ou en mécanique, pour passer de la forme locale à la forme globale du théorème de Gauss.

253 grêle électrique Expérience d’électrostatique consistant à placer des boules de matériau isolant, par exemple en plastique, entre deux disques métalliques en vis-à-vis reliés chacun à une borne d’une machine électrostatique. Lorsque l’on actionne la machine, les disques se chargent électriquement avec des polarités opposées et les boules se mettent à s’agiter de manière spectaculaire, effectuant de rapides aller-retours de l’un à l’autre des disques. Cet effet s’explique par le fait qu’au contact de l’un d’entre eux, chaque boule acquiert une charge de même signe que le disque et se voit repoussée vers l’autre, au contact duquel sa charge électrique s’inverse, etc.

254 grille ▶ 1. Électrode d’un tube à vide permettant d’accélérer les électrons émis depuis l’anode puis de les ralentir avant qu’ils n’atteignent la cathode. En modifiant le potentiel électrostatique auquel est porté la grille, on peut contrôler le courant qui traverse le dispositif. ►2. Par extension, électrode d’un transistor à effet de champ qui contrôle le passage du courant entre le drain et la source (▷ transistor à effet de champ).

255 Grossetête (Robert)

257 grossissement

259 groupe (angl. group) ▶ 1. Colonne de la classification périodique des éléments. Ces colonnes sont repérées par un nombre (usuellement écrit en chiffres romains) et une lettre. Les groupes sont ainsi numérotés ia, iia, iiib, ivb, vb, vib, viib, viii, ib, iib, iiia, iva, va, via, viia, viiia. Les éléments d’un même groupe ont des structures électroniques analogues et présentent souvent des propriétés chimiques similaires. ▶ 2. Un groupe \(\mathcal{G}\) est une structure algébrique consistant en un ensemble d’éléments muni d’une loi de composition interne * et qui vérifie les axiomes suivant :

261 On note fréquemment l’inverse de a par a⁻¹.

262 Lorsque le groupe est commutatif, on utilise souvent le terme abélien et note plutôt la loi interne + et l’élément neutre 0. Il existe par ailleurs deux types de groupes assez distincts : ceux qui comportent un nombre dénombrable d’éléments et sont discrets voire finis, et ceux dont les éléments sont indénombrables, comme c’est le cas par exemple du groupe formé par les rotations dans le plan. Le paramètre α décrivant l’angle de la rotation peut dans ce cas prendre un ensemble continu de valeurs, et le groupe est dit continu. Les groupes jouent un rôle très important en physique car en plus de soustendre la plupart des structures algébriques que l’on y rencontre (▷ espace vectoriel, algèbre), ils sont fortement reliés à la notion de symétrie (▷ groupe de symétrie) et interviennent de ce fait dans tous les domaines de la physique. En particulier, les groupes discrets sont cruciaux en cristallographie et les groupes continus en physique quantique, relativité, matière condensée ou encore en physique des particules (par exemple dans la modélisation des interactions fondamentales, ▷ modèle standard, groupe de Lie).

264 groupe de Lie

265 Les groupes de Lie sont souvent associés à des symétries continues (ce sont alors des groupes de symétrie), le premier exemple que nous venons de donner étant équivalent au groupe des translations unidimensionnelles et le deuxième à celui des rotations dans un plan. Chaque point d’abscisse x de la droite réelle correspond ainsi à une translation d’amplitude x, et chaque point du cercle d’angle θ à une rotation d’un même angle. Ces deux groupes ont de plus la particularité d’être localement semblables (un morceau de cercle vu de très près ressemble à un segment de droite), ce qui se traduit dans le cadre des groupes de Lie par le fait qu’ils ont le même espace tangent, lequel est nommé algèbre de Lie. En raison de leur lien très fort avec la notion de symétrie, les groupes de Lie sont omniprésents dans la physique moderne, de la mécanique quantique (le groupe des rotations est par exemple intimement relié à la notion de moment cinétique), à la physique des particules (▷ groupe de Lorentz, modèle standard) en passant par la matière condensée.

267 Groupe local (angl. Local Group) Nom donné au groupe d’environ 30 galaxies auquel appartient la Voie lactée et dont les deux autres membres les plus importants sont la galaxie d’Andromède (aussi nommée M31) et la galaxie du Triangle (M33). Autour de la Voie lactée et d’Andromède gravitent diverses galaxies plus petites, les principaux compagnons de notre galaxie étant les deux nuages de Magellan. Ensemble, la Voie lactée, Andromède et leurs divers proches compagnons semblent représenter 99 % de la masse totale du Groupe local, laquelle est estimée à environ un milliard de fois la masse du Soleil, pour un diamètre de quelques millions d’années-lumière. Andromède et la Voie lactée étant les deux composantes dominantes, le centre de gravité du Groupe local est situé sur la droite les joignant à environ un million d’années-lumière de nous. Comme la plupart des amas de galaxies, le Groupe local fait partie d’un super-amas : le superamas de la Vierge, dit aussi Superamas local.

268 groupe de Lorentz (angl. Lorentz group) Groupe, au sens mathématique du terme, formé par les changements de référentiel inertiel compatibles avec les principes de la théorie de la relativité restreinte, notamment l’invariance de la vitesse de la lumière dans le vide. Son équivalent en physique newtonienne, où le temps est supposé absolu, est le groupe de Galilée. Le groupe de Lorentz, dans sa définition la plus générale, contient les transformations de Lorentz pures, dits boosts, les changements de coordonnées par rotation, l’inversion de la flèche du temps, l’inversion droite/gauche, ainsi que les composées de ces opérations. Si on lui ajoute les translations spatiotemporelles, on obtient le groupe de Poincaré, dont il est un sous-groupe. Une transformation de Lorentz qui n’inverse pas le sens du temps est dite orthochrone, et une qui n’inverse pas l’orientation de l’espace est dite propre. Les transformations orthochrones et propres formant elles-même un groupe, c’est parfois ce dernier que l’on nomme groupe de Lorentz. Quand on veut le distinguer du groupe plus général défini ci-dessus, on le nomme groupe de Lorentz restreint. En termes plus techniques le groupe de Lorentz est un groupe de Lie non-compact et non-connexe de dimension 6 souvent noté O(1, 3), et qui peut être défini comme l’ensemble des transformations linéaires qui laissent invariante la forme quadratique de signature (+,−,−,−) (▷ métrique de Minkowski). Le groupe de Lorentz restreint est quant à lui noté SO⁺(1, 3).

269 groupe de Poincaré (angl. Poincaré group) Groupe de symétrie de l’espace-temps de Minkowski constitué du groupe de Lorentz et de celui des translations spatiotemporelles. Pour un espace-temps quadri-dimensionnel, il s’agit d’un groupe de Lie non-compact de dimension 10 (4 degrés de liberté pour les translations et 6 pour le groupe de Lorentz). Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, à toute particule élémentaire est associée une représentation irréductible du groupe de Poincaré, lesquelles sont indexées par les valeurs de la masse et du spin des particules en question (opérateur de Casimir, vecteur de Pauli-Lubanski). On l’appelle parfois groupe de Lorentz inhomogène.

270 groupe de renormalisation

272 groupe de symétrie

274 guide d’onde

276 Il existe plusieurs types de guides d’onde, dont les propriétés dépendent de la gamme de fréquences considérée. Dans le domaine s’étendant des ondes radio aux ondes submillimétriques, vers quelques THz, ces guides sont généralement des cavités délimitées par des cylindres conducteurs de section circulaire (guides d’onde circulaires) ou rectangulaires (guides d’onde rectangulaires), dans lesquels l’onde se propage à une vitesse différente selon sa fréquence. Ces guides d’onde sont des filtres passe-haut et utilisent la propriété de réflexion des ondes électromagnétiques à la surface des métaux. Ils sont employés dans le domaine micro-onde pour de nombreuses applications : dans les radars, les récepteurs en radioastronomie et la plupart des détecteurs fonctionnant dans cette gamme de fréquence. Pour donner une idée de leur taille, la dimension transversale du tube est de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde des signaux que peut transporter le guide. En optique, le guidage est plutôt assuré par la réflexion totale entre deux milieux d’indices différents (▷ fibre optique).

278 Guldin (théorème de) (angl. Pappus-Guldin theorem) Théorème intervenant en mécanique dans la détermination de la position du centre de gravité de solides. Il dit que lorsque l’on fait subir à une courbe (ou à une surface) une rotation de 360 degrés autour d’un axe ne passant pas par cette courbe (ou surface), l’aire S_b (ou le volume V_b) balayée est égale à la longueur de la circonférence suivie par le centre de gravité multipliée par la longueur L (ou l’aire S ) de la courbe (ou du volume) :

279 où x_G désigne la distance entre le centre de gravité de la courbe (ou de la surface) et l’axe de rotation choisi.

280 Gullstrand (formule de) (angl. Gullstrand formula) Formule donnant la vergence \(\mathcal{V}\) d’une association de deux systèmes optiques minces de même axe optique, de vergences \(\mathcal{V}_1 \text { et } \mathcal{V}_2\) et espacées d’une distance e, selon

281 où n désigne l’indice du milieu qui sépare les deux systèmes. Elle indique par exemple que la focale d’un doublet, une association de deux lentilles minces de focales \(f_1^{\prime} \text { et } f_2^{\prime}\) espacées d’une distance e et séparées par un milieu d’indice 1, vaut

282 Le nom de cette formule honore Allvar Gullstrand (1862–1930), ophtalmologiste suédois qui obtint le prix Nobel de médecine en 1911.

283 Gunn–Peterson (effet) (angl. Gunn-Peterson effect ; Gunn-Peterson trough) Présence d’un creux dans le spectre des quasars les plus lointains, dû à l’absorption de leur rayonnement par l’hydrogène neutre qui existait avant la réionisation. Leur spectre diffère donc de celui des quasars les plus proches (typiquement ceux qui ont un décalage spectral z inférieur à 6), lesquels ne contiennent que certains pics d’absorption (▷ forêt de Lyman). Ce creux est situé à la longueur d’onde de la raie Lyman alpha dans le référentiel de l’absorbeur, c’est-à-dire à une longueur d’onde plus importante que celle de la même raie mesurée sur Terre, du fait du décalage vers le rouge. Cet effet fut prédit en 1965 par James Gunn (1938–) et Bruce A. Peterson, et fut confirmé en 2001 grâce au Sloan Survey. Il permet d’étudier l’état d’ionisation du milieu cosmologique à différentes époques du passé de l’Univers (▷ réionisation).

284 GW150914 Acronyme désignant le premier signal gravitationnel détecté directement le 14 septembre 2015 par les interféromètres gravitationnels ligo. Son nom provient des initiales de Gravitational Wave, onde gravitationnelle en anglais, et de la date, le 15-09-14 selon la numérotation américaine. Il fut émis il y a près de 1,3 milliards d’années lors de la coalescence de deux trous noirs d’environ 29 et 36 masses solaires. Sa détection constitua la première preuve directe de l’existence de trous noirs, notamment en système binaire, avant la publication d’images réalisées par l’Event Horizon Telescope. Au moment d’écrire cet ouvrage (mai 2023), on estime avoir détecté, avec un niveau de confiance suffisant, 90 signaux associés à des coalescences de binaires compacts, la majorité d’entre elles étant des binaires de trous noirs, et deux étant des binaires d’étoiles à neutrons (▷ onde gravitationnelle, LIGO, GW170817). ▷ voir encadré.

285 GW170817 Premier signal gravitationnel détecté par les interféromètres LIGO/Virgo dont la source n’était pas un système binaire de trous noirs, mais un système d’étoiles à neutrons. Possédant une contre-partie électromagnétique (▷ sursaut gamma), il est considéré comme un pas important dans la naissance de l’astronomie multimessagers (▷ multi-messagers), sans être le tout premier signal gravitationnel détecté. ▷ voir encadré.

286 Gy ▶ 1. Symbole du gray, unité de dose absorbée. ►2. Dans la littérature anglosaxonne, abréviation de « gigayear » (milliard d’années).

287 gyromagnétisme

289 gyromètre

291 gyroscope (angl. gyroscope) ▶ 1. Dispositif mécanique en rotation autour d’un axe, monté sur un support pouvant pivoter librement. En l’absence de couple appliqué, l’axe de rotation garde une orientation fixe dans l’espace. C’est cette propriété que recherchait Léon Foucault (1819–1868) quand il inventa ce dispositif en 1852, pour mesurer la rotation de la Terre et confirmer un résultat qu’il avait déjà obtenu autrement (▷ pendule de Foucault). Lorsqu’un couple est appliqué au gyroscope, l’axe de rotation suit un mouvement de précession (▷ effet gyroscopique). Les gyroscopes ont longtemps été utilisés pour indiquer une direction fixe et mesurer la rotation d’un système (avion, bateau) par rapport à cette direction, mais on leur préfère maintenant les dispositifs optiques (▷ gyromètre). En revanche, ils sont toujours utilisés pour stabiliser l’alignement d’un système dans une direction fixée (par exemple dans les stabilisateurs anti-roulis de certains bateaux). ▶ 2. De façon plus générale, nom donné à tout dispositif permettant de mesurer la rotation d’un corps autour d’un axe de référence. On peut réaliser un gyroscope optique en utilisant l’effet Sagnac.