In the late 19th century, scientists were trying to solve a mystery. They found that if they had a vacuum tube like this one and applied a high voltage across it, something strange happened. They called them cathode rays. But the question was: What were they made of?
Fin du 19ème siècle, les scientifiques s'évertuaient à résoudre un mystère. Ils ont découvert qu'en appliquant sur un tube sous vide comme celui-ci un haut voltage, quelque chose d'étrange survenait. Ils ont appelé ce phénomène rayons cathodiques. Mais la vraie question est celle-ci : de quoi sont-ils composés ?
In England, the 19th-century physicist J.J. Thompson conducted experiments using magnets and electricity, like this. And he came to an incredible revelation. These rays were made of negatively charged particles around 2,000 times lighter than the hydrogen atom, the smallest thing they knew. So Thompson had discovered the first subatomic particle, which we now call electrons.
Le physicien anglais du 19ème siècle, J.J. Thompson, a conduit des expériences avec des aimants et de l'électricité, comme ceci. Il a eu une révélation incroyable. Ces rayons sont fait de particules chargées négativement environ 2 000 fois plus légères qu'un atome d'hydrogène, l'élément le plus petit connu jusqu'à ce moment-là. Thomson venait de découvrir la première particule subatomique, que nous appelons électron.
Now, at the time, this seemed to be a completely impractical discovery. I mean, Thompson didn't think there were any applications of electrons. Around his lab in Cambridge, he used to like to propose a toast: "To the electron. May it never be of use to anybody."
À l'époque, la découverte de Thomson semblait totalement inutile. Thomson ne pensait pas qu'il y aurait des applications pour les électrons. Il avait l'habitude de porter un toast dans son labo de Cambridge : « Aux électrons. Qu'ils ne se rendent jamais utiles à qui que ce soit ! »
(Laughter)
(Rires)
He was strongly in favor of doing research out of sheer curiosity, to arrive at a deeper understanding of the world. And what he found did cause a revolution in science. But it also caused a second, unexpected revolution in technology. Today, I'd like to make a case for curiosity-driven research, because without it, none of the technologies I'll talk about today would have been possible.
Il était en faveur de la recherche par curiosité pure, pour atteindre une compréhension plus profonde du monde. Sa découverte a toutefois révolutionné la science. Elle est aussi à la source d'une deuxième et inattendue révolution. Permettez-moi de faire un plaidoyer en faveur de la recherche pour la recherche, car sans elle, aucune technologie que je vais évoquer avec vous n'aurait vu le jour.
Now, what Thompson found here has actually changed our view of reality. I mean, I think I'm standing on a stage, and you think you're sitting in a seat. But that's just the electrons in your body pushing back against the electrons in the seat, opposing the force of gravity. You're not even really touching the seat. You're hovering ever so slightly above it. But in many ways, our modern society was actually built on this discovery. I mean, these tubes were the start of electronics. And then for many years, most of us actually had one of these, if you remember, in your living room, in cathode-ray tube televisions. But -- I mean, how impoverished would our lives be if the only invention that had come from here was the television?
Ce que Thomson a découvert a changé notre vision de la réalité. Voyez-vous, je pense être debout sur la scène, et vous pensez être assis sur un siège. Or, il s'agit d'électrons dans votre corps qui repoussent les électrons du siège, opposant la force de gravité. En fait, vous ne touchez même pas votre siège. Vous flottez un tout petit peu au-dessus. Pour bien des aspects, notre société est construite sur cette découverte. Ces tubes représentent le début de l'électronique. Et pendant de nombreuses années, la plupart d'entre nous en avons eu dans notre salon, souvenez-vous, dans nos télévisions cathodiques. Mais nos vies seraient bien indigentes si la seule invention issue de ça s'était limitée à la télévision.
(Laughter)
(Rires)
Thankfully, this tube was just a start, because something else happens when the electrons here hit the piece of metal inside the tube. Let me show you. Pop this one back on. So as the electrons screech to a halt inside the metal, their energy gets thrown out again in a form of high-energy light, which we call X-rays.
Heureusement, ce tube était juste le point de départ, car d'autres chose se passent quand les électrons percutent le métal à l'intérieur du tube. Je vais vous montrer ça. Je remets ça en place. Quand les électrons s'immobilisent à l'intérieur du métal, leur énergie est ré-éjectée sous la forme de lumière à haute énergie, appelée rayons X.
(Buzzing)
(Bourdonnement)
(Buzzing)
(Bourdonnement)
And within 15 years of discovering the electron, these X-rays were being used to make images inside the human body, helping soldiers' lives being saved by surgeons, who could then find pieces of bullets and shrapnel inside their bodies. But there's no way we could have come up with that technology by asking scientists to build better surgical probes. Only research done out of sheer curiosity, with no application in mind, could have given us the discovery of the electron and X-rays.
15 ans après la découverte des électrons, ces rayons X étaient utilisés pour créer des images de l'intérieur du corps, sauvant la vie de soldats opérés par des chirurgiens qui pouvaient ainsi retrouver les morceaux d'obus incrustés dans leurs corps. Toutefois, il eut été impossible de développer cette technologie en demandant aux scientifiques des meilleures sondes chirurgicales. Seule de la recherche faite par curiosité pure, sans application précise, put nous permettre de découvrir les électrons et les rayons X.
Now, this tube also threw open the gates for our understanding of the universe and the field of particle physics, because it's also the first, very simple particle accelerator. Now, I'm an accelerator physicist, so I design particle accelerators, and I try and understand how beams behave. And my field's a bit unusual, because it crosses between curiosity-driven research and technology with real-world applications. But it's the combination of those two things that gets me really excited about what I do. Now, over the last 100 years, there have been far too many examples for me to list them all. But I want to share with you just a few.
Ce tube nous ouvre aussi grand les portes de notre compréhension de l'univers, dans le champ de la physique des particules, car c'est en fait le tout premier, très simple, accélérateur de particules. Je suis une physicienne des accélérateurs, je conçois des accélérateurs de particules et j'étudie comment les faisceaux se comportent. Mon champ d'exploration est plutôt rare car il est à la croisée de la recherche pour la science et des technologies avec de véritables applications. C'est précisément la combinaison de ces deux éléments qui me passionne dans mes recherches. Durant le dernier siècle, il y a trop d'exemples que pour vous les présenter tous. J'aimerais néanmoins vous en expliquer quelques-uns.
In 1928, a physicist named Paul Dirac found something strange in his equations. And he predicted, based purely on mathematical insight, that there ought to be a second kind of matter, the opposite to normal matter, that literally annihilates when it comes in contact: antimatter. I mean, the idea sounded ridiculous. But within four years, they'd found it. And nowadays, we use it every day in hospitals, in positron emission tomography, or PET scans, used for detecting disease.
En 1928, un physicien, Paul Durac, a constaté une chose étrange dans ses équations. Il a prédit, sur la base d'une pure intuition mathématique, qu'il devait y avoir une deuxième forme de matière, opposée à la matière normale et qui anéantit littéralement tout ce avec quoi elle entre en contact. L'antimatière. Cette idée était complètement farfelue. Il leur a fallu quatre ans pour la trouver. On l'utilise quotidiennement dans les hôpitaux, dans la tomographie par émission de positrons, pour détecter des maladies.
Or, take these X-rays. If you can get these electrons up to a higher energy, so about 1,000 times higher than this tube, the X-rays that those produce can actually deliver enough ionizing radiation to kill human cells. And if you can shape and direct those X-rays where you want them to go, that allows us to do an incredible thing: to treat cancer without drugs or surgery, which we call radiotherapy. In countries like Australia and the UK, around half of all cancer patients are treated using radiotherapy. And so, electron accelerators are actually standard equipment in most hospitals.
Prenez ces fameux rayons X. Quand on amène ces électrons à un niveau d'énergie plus élevé, d'un facteur 1 000 par rapport à notre tube, les rayons X qui sont alors produits peuvent émettre des radiations ionisantes capables de tuer des cellules humaines. Si on modèle et dirige ces rayons X pour qu'ils ciblent ce qu'on veut, on peut alors réaliser une chose incroyable : traiter les cancers sans chimie ou chirurgie, c'est ce qu'on appelle la radiothérapie. En Australie ou en Angleterre par exemple, la moitié des patients atteints du cancer sont traités avec la radiothérapie. Les accélérateurs d'électrons sont devenus des équipements standards dans la plupart des hôpitaux.
Or, a little closer to home: if you have a smartphone or a computer -- and this is TEDx, so you've got both with you right now, right? Well, inside those devices are chips that are made by implanting single ions into silicon, in a process called ion implantation. And that uses a particle accelerator.
Plus proche de nous : si vous possédez un smartphone ou un ordinateur, nous sommes à TEDx, vous possédez les deux, n'est-ce pas ? À l'intérieur de ces équipements, il y a des puces fabriquées en implantant un ion dans du silicium, dans un processus appelé implantation ionique. On a besoin d'un accélérateur de particules pour y parvenir.
Without curiosity-driven research, though, none of these things would exist at all. So, over the years, we really learned to explore inside the atom. And to do that, we had to learn to develop particle accelerators. The first ones we developed let us split the atom. And then we got to higher and higher energies; we created circular accelerators that let us delve into the nucleus and then create new elements, even. And at that point, we were no longer just exploring inside the atom. We'd actually learned how to control these particles. We'd learned how to interact with our world on a scale that's too small for humans to see or touch or even sense that it's there.
Mais sans recherche pour la recherche, aucune de ces choses n'existerait. Avec le temps, nous avons appris à explorer l'intérieur des atomes. Pour cela, nous avons dû développer des accélérateurs de particules. On a développé les premiers pour casser les atomes. On est ensuite passé à des niveaux énergétiques de plus en plus élevés. On a créé des accélérateurs circulaires qui nous permettent d'explorer les noyaux et même de créer de nouveaux éléments. Là, nous avons dépassé le stade d'exploration des atomes. Nous avons appris comment maîtriser ces particules. Nous avons appris comment interagir avec notre monde à une échelle trop petite pour pouvoir voir, toucher et même ressentir que c'est là.
And then we built larger and larger accelerators, because we were curious about the nature of the universe. As we went deeper and deeper, new particles started popping up. Eventually, we got to huge ring-like machines that take two beams of particles in opposite directions, squeeze them down to less than the width of a hair and smash them together. And then, using Einstein's E=mc2, you can take all of that energy and convert it into new matter, new particles which we rip from the very fabric of the universe.
On a ensuite construit des accélérateurs encore plus grands car nous étions curieux de connaître la nature de l'univers. Au fur et à mesure de notre exploration, de nouvelles particules émergeaient. Finalement, on a construit des machines gigantesques en forme d'anneau. Deux faisceaux y circulent en sens opposé et y sont concentrés pour devenir plus fins qu'un cheveu avant d'entrer en collision. À cet instant, grâce à l'équation E=mc² d'Einstein, on prend toute cette énergie et on la convertit en matière, en nouvelles particules qu'on extirpe du tissu de l'univers.
Nowadays, there are about 35,000 accelerators in the world, not including televisions. And inside each one of these incredible machines, there are hundreds of billions of tiny particles, dancing and swirling in systems that are more complex than the formation of galaxies. You guys, I can't even begin to explain how incredible it is that we can do this.
Il y a aujourd'hui environ 35 000 accélérateurs dans le monde, et ce chiffre exclut les télévisions. À l'intérieur de ces machines exceptionnelles, il y a des centaines de milliards de petites particules qui dansent et tourbillonnent de manière plus complexe que la formation des galaxies. Je ne sais pas par où commencer pour expliquer combien c'est incroyable qu'on parvienne à faire ça.
(Laughter)
(Rires)
(Applause)
(Applaudissements)
So I want to encourage you to invest your time and energy in people that do curiosity-driven research. It was Jonathan Swift who once said, "Vision is the art of seeing the invisible." And over a century ago, J.J. Thompson did just that, when he pulled back the veil on the subatomic world.
Je vous invite vivement à investir votre temps et votre énergie dans des personnes qui font de la recherche pour la beauté de la science. Jonathan Swift a dit ceci : « La vision est l'art de discerner l'invisible. » Il y a un peu plus de 100 ans, J.J. Thomson a dit la même chose, en entrouvrant la porte du monde subatomique.
And now we need to invest in curiosity-driven research, because we have so many challenges that we face. And we need patience; we need to give scientists the time, the space and the means to continue their quest, because history tells us that if we can remain curious and open-minded about the outcomes of research, the more world-changing our discoveries will be.
Maintenant encore, nous devons investir dans la recherche menée par curiosité car tant de défis nous attendent. Nous devons rester patients et donner aux scientifiques le temps, l'espace et les moyens pour continuer leur quête, car l'histoire nous rappelle que plus nous pourrons rester curieux et ouverts d'esprit quant aux fruits de la recherche, plus nos découvertes auront un potentiel de changer le monde.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)