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Banc optique Interféromètre de Michelson Morley
Montage optique destiné à expliquer le fonctionnement des interféromètres kilométriques de la collaboration LIGO VIRGO qui sont les capteurs ayant permis la détection des ondes gravitationnelles.
Albert Abraham Michelson (1852-1931) était un Physicien américain d’origine allemande. Il a reçu le Prix Nobel de Physique en 1907 pour ses instruments de mesure.
Edward Morley était un scientifique amércain
Michelson a inventé son interféromètre en 1881, dans le but de mettre en évidence le mouvement de la Terre par rapport à un hypothétique milieu supposé au repos absolu (l’éther), dans lequel la lumière aurait une vitesse fixe. Il a mené de nombreuses expériences avec Edward Morley, qui ont démontré l’inexistence de ce milieu, ce qui a ouvert la voie au principe de relativité restreinte (la lumière a une vitesse indépendante du référentiel).
Objectif
Notre objectif est de réaliser un interféromètre peu couteux, capable d’être reproduit facilement, de faible encombrement afin que l’instrument puisse être transporté et utilisé dans une classe de niveau collège ou lycée.
Le banc optique est réalisé en impression 3D, la source Laser et les miroirs ont été achetés.
Afin de limiter le coût de cette version initiale du projet, on utilise une lame séparatrice sans ajout d’une lame compensatrice. Ce complément pourra être apporté par la suite en réalisant un support de lame séparatrice capable de porter 2 lames identiques séparées par une épaisseur de lame et en investissant une deuxième lame séparatrice identique à la première.
Réalisation
Choix des miroirs M1 et M2
Modèle entrée de gamme EdmundOptics
First Surface Mirror 25,4 x 25,4mm, 4-6 λ
Choix de la lame séparatrice S1
Modèle entrée de gamme EdmundOptics
50R/50T 25mm 4-6 λ
Capacité 50% Réflexion 50% Transmission optimale pour les fréquences 450 à 550 nm
Choix de la lentille divergente D
Modèle simple EdmundOptics
12.0mm Diameter x -12 FL,
MgF2 Coated, Plano-Concave Lens
Choix de la source Laser
Laser vert longueur d’onde 530 nm
Compatible de la lame séparatrice
Conception des supports optiques
Ces éléments sont des objets couteux dans le commerce (une centaine d’euros), en particulier les supports des miroirs M1 et M2 qui doivent être capables de réglages en orientation et translation. Ce sont des supports dits cinématiques.
Le choix est de les réaliser en impression 3D pour un coût négligeable aux prix d’une conception sur un logiciel de modélisation, nous avons utilisé FreeCAD pour ce travail.
Support Cinématique
Mouvements de Translation et d’Orientation du miroir
La Fabrication
Utilisation des imprimantes 3D au FabLab
La visite
Août 2021 : visite en extérieur de Virgo près de Pise
Consécration
Août 2021 : signature par Alain Aspect (médaille d’or du CNRS et spécialiste en mécanique quantique) de notre interferomètre