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 Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMar 2 Aoû 2011 - 15:45

La physique de l'eau dansante des bols tibétains

Les bols chantants tibétains sont bien connus de tous ceux qui s’intéressent à la culture tibétaine et au bouddhisme. Remplis d’eau, ils permettent de produire un curieux phénomène hydroacoustique, déjà décrit par Michael Faraday. Le comportement de l’eau dans ces bols vient d’être étudié à l’aide d’une caméra ultrarapide.

La physique des ondes, fascinante, est riche d’une grande variété de phénomènes. On peut même dire qu’elle est au cœur de presque toute la physique, et cela au moins pour deux raisons. La première est que le concept de champ, qu’il soit classique ou quantique, domine quasiment toute la physique. La seconde est que la dynamique de ces champs dans l’espace et le temps se fait justement à l’aide de propagations d’ondes.

C’est sans doute celles à la surface ou à l’intérieur des liquides qui permet d’illustrer toute la complexité des phénomènes ondulatoires, de sorte qu’il est possible de comprendre bien des branches de la physique en s’aidant de modèles issus de l’hydrodynamique. On sait par exemple que John Wheeler a fait grand usage des analogies entre le comportement dynamique de l’espace-temps et celui de l’eau.

Le concept de champ est largement issu initialement des travaux de Michael Faraday en électricité et surtout en magnétisme. Or, il se trouve qu’en 1831, le grand physicien s’était penché sur le comportement d’un liquide dans un récipient dont les parois étaient soumises à des excitations vibratoires. Au-delà d’une certaine fréquence, la surface plane du liquide cesse de l’être et exhibe diverses structures pouvant être périodiques. Il s’agit d’un phénomène non linéaire, comme dans le cas des fameuses vagues scélérates. On parle alors d’ondes de Faraday à la surface de ce liquide et plus généralement d’instabilité de Faraday.

Dans le cas des fameux bols chantant tibétains, on peut même voir l’apparition de ce qui semble être un état d’ébullition de l’eau.


En tournant lentement une mailloche sur le bord extérieur d'un bol
tibétain rempli d’eau,on génère des vibrations dans le bol qui
se met à émettre des sons harmonieux.Passé une certaine
fréquence, la surface de l’eau s’agite
et se brise en gouttes.
© Denis Terwagne, John W. M. Bush/YouTube
Mais qu'est-ce qu'un bol tibétain ?
Il s’agit généralement d’un bol formé d’un alliage de bronze contenant au total sept métaux comme l’argent, l’étain, le mercure, l’or, le cuivre, le fer et le plomb. Chacun de ces métaux symboliserait des planètes du Système solaire à moins qu’il ne s’agisse des sept centres d’énergie que les traditions indiennes et bouddhiques situent à divers endroits dans le corps humain, les chakras. Ces bols ont donc une fonction ésotérique dans ces civilisations et sont associés à diverses pratiques chamaniques ou de méditation, essentiellement dans les régions himalayennes (Tibet, Népal, Bhoutan, Ladakh…) et le nord de l'Inde.

Toujours est-il qu’en tournant lentement une mailloche (bâton en bois, parfois recouvert de cuir ou de caoutchouc) sur le bord extérieur ou intérieur du bol rempli d’eau à diverses hauteurs, on génère des vibrations dans le bol qui se met à émettre des sons harmonieux. Passé une certaine fréquence, la surface de l’eau s’agite et se brise même en gouttes qui semblent danser et léviter au-dessus du liquide. Il s’agit d’un excellent exemple d’instabilité de Faraday.


La fréquence d'excitation de l'eau est ici f = 188 Hz et la lettre gamma est
une mesure de l'intensité de la vibration sonore faisant vibrer les parois
du bol tibétain. La vidéo montre ici le phénomène au ralenti.
© Denis Terwagne, John W. M. Bush/YouTube
Des chercheurs de l’Université de Liège et du mythique Massachusetts Institute of Technology, là où enseigne Walter H.G. Lewin, ont décidé d’en apprendre un peu plus sur la formation de ces gouttes par instabilité Faraday. Pour cela ils ont filmé le comportement de l’eau dans un bol tibétain à l’aide d’une caméra ultrarapide. De cette manière, des observations qualitatives et des mesures quantitatives ont pu être faites. Il s’agissait de trouver des lois mathématiques concernant la formation, l’éjection et l’accélération des gouttes lors de leur danse au-dessus de la surface de l’eau.


La fréquence d'excitation sonore est ici de f = 143 Hz. On voit alors des gouttes
d'eau se former. La vidéo montre ici le phénomène au ralenti.
© Denis Terwagne, John W. M. Bush/YouTube
Les chercheurs considèrent qu’ils ont acquis de cette façon une bonne compréhension de ce phénomène et ont même publié un article (donné en lien ci-dessous) sur ce sujet. Ils veulent maintenant étudier les changements qui se produiraient en modifiant la composition du liquide et celle du bol.

Ce genre d’étude n’a pas qu’un intérêt intrinsèque, il devrait permettre de mieux comprendre des dispositifs produisant des gouttelettes dans diverses situations industrielles.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Bol_ti10
Un bol tibétain avec sa mailloche, un bâton en bois, parfois recouvert de cuir ou de caoutchouc.
© 2007 Tibetan Soul
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 4 juillet 2011 à 17h34
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/en-video-la-physique-de-leau-dansante-des-bols-tibetains_31206/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMer 3 Aoû 2011 - 18:26

La fusion aneutronique propulsera-t-elle un jour les engins spatiaux ?

Lors d’un symposium sur l’utilisation des réactions de fusion, un ingénieur de la Nasa a exposé les principes d’un nouveau type de propulsion basée sur la fusion aneutronique du bore. Selon lui, il serait possible d’obtenir ainsi des moteurs de fusée des dizaines de fois plus efficaces que les meilleurs moteurs ioniques actuels.

On doit à Constantin Tsiolkovski une célèbre équation indiquant la vitesse que peut atteindre une fusée en fonction du logarithme du rapport de sa masse initiale sur sa masse finale et proportionnelle à la vitesse d’éjection des gaz. On peut ainsi constater que si l’on disposait d’un moteur à photons, il suffirait de seulement 10% de la masse d’un vaisseau spatial pour atteindre environ 10% de la vitesse de la lumière. Ceci est un exemple d’une règle générale: plus la vitesse d’éjection de la matière d’un réacteur de fusée est importante, plus il est possible d’atteindre de grandes vitesses avec peu de carburant.

Il faut aussi tenir compte de l’énergie disponible par unité de masse et utilisable par un moteur pour éjecter de la matière à grande vitesse. Si l’on veut atteindre Mars en quelques semaines seulement, ou Alpha du Centaure en moins d’un siècle, il est donc nécessaire de disposer du moteur adéquat.

Les réactions de fusion libérant beaucoup d’énergie, il semble logique de les envisager soit pour produire l’électricité utilisée dans un moteur ionique soit sous forme d’explosion thermonucléaire propulsant directement un vaiseau. Un bon exemple est le fameux projet Daedalus du BIS, autrefois présidé par Arthur Clarke. Malheureusement, le moteur du projet Daedalus utilise une réaction de fusion du deutérium avec le tritium, la même que celle du projet Iter. Or, le tritium est très rare sur Terre et la réaction de fusion s’accompagne d’un flux de neutrons à hautes énergies posant de multiples problèmes.

Dans le cas d’un moteur de fusée destiné, non au lancement mais au voyage interplanétaire, John J. Chapman pense avoir une solution. Il vient de l’exposer lors du IEEE Symposium on Fusion Engineering à Chicago. Cet ingénieur de la Nasa propose d’utiliser du bore, un élément facile à trouver sur Terre, et de s’en servir pour déclencher une réaction de fusion aneutronique. Pour cela, il faut disposer d’une source d’impulsions laser.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema176
Le schéma du réacteur à fusion aneutronique utilisant du bore (boron en anglais) proposé par Chapman.
© Nasa Langley Research Center
Une bonne efficacité... sur le papier
On commence par envoyer sur une cible de 20cm de diamètre un faisceau délivrant une puissance par unité de surface de 2x1018 watts par centimètre carré. La cible elle-même est constituée d’une première couche métallique conductrice de 5 à 10 micromètres. Le champ électrique de l’impulsion laser ionise d’abord les ions de la couche métallique, laquelle explose sous l’action de la répulsion électrostatique entre les noyaux et produit du même coup un flux de protons en direction de la seconde couche constituée de bore 11.

C’est alors que se produit une réaction de fusion des protons avec les noyaux de bore donnant des noyaux de carbone excités qui se désintègrent en noyaux d’hélium et de béryllium. Or, le noyau de béryllium ainsi produit est lui-même instable et se désintègre en donnant deux noyaux d’hélium. Le bilan final de la réaction est la production de trois noyaux d’hélium animés d’une énergie cinétique de 2,9 MeV et qui sont éjectés à grande vitesse.

Selon les calculs de Chapman, on obtient ainsi un système de propulsion quarante fois plus efficace que le meilleur des systèmes de propulsion ionique dont dispose actuellement l’Humanité et ce d’autant plus que chaque impulsion du laser devrait générer environ 100.000 particules alpha.

Comme le reconnaît lui-même l'ingénieur, il ne s'agit encore que de quelques idées explorées par le calcul. Il faudrait probablement quelques dizaines d'années d'études avant de savoir si ce type de propulsion est vraiment possible et avantageux...

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Fusion10
Le schéma de la réaction de fusion aneutronique avec du bore (boron).
© Nasa Langley Research Center
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 6 juillet 2011 à 11h36
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/la-fusion-aneutronique-propulsera-t-elle-un-jour-les-engins-spatiaux_31214/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMar 9 Aoû 2011 - 23:30

La radioactivité n'explique que la moitié de la chaleur de la Terre

Quelles sont les sources de chaleur qui alimentent le moteur thermique de la Terre ? La moitié au moins provient de la désintégration radioactive d’isotopes, selon les mesures effectuées sur le flux de géoneutrinos à l’aide des détecteurs KamLand et Borexino.

Comme aimaient à le dire Katia et Maurice Krafft, la Terre est une planète vivante. Avec la tectonique des plaques qui l’anime, océans et continents changent sans cesse à l’échelle du million d’années. Les volcans, comme les éruptions de l'Eyjafjöll nous l’ont rappelé récemment, sont les manifestations les plus claires et les plus spectaculaires de la vitalité de notre planète. Mais d’où provient l’énergie thermique qui alimente dérive des continents et éruptions volcaniques ?

Depuis les travaux de Pierre et Marie Curie et surtout Ernest Rutherford, nous savons que la désintégration radioactive de certains éléments dégage de la chaleur. Les travaux des géochimistes nous ont appris aussi que les roches contenaient de tels éléments. En extrapolant à la Terre entière les mesures des abondances de ces éléments, et en se basant sur les modèles minéralogiques de son intérieur comme le Bulk silicate Earth (BSE), il est possible d’en déduire la quantité de chaleur libérée à l’intérieur de notre planète et son flux en surface.

Ce flux mesuré est de 44 térawatts et il est supérieur à celui déduit de la quantité d’éléments radioactifs que l’on estime contenue à l’intérieur de notre planète. Comment expliquer ce désaccord ?

La cosmogonie à la rescousse de la géophysique
Une réponse a été trouvée il y a longtemps et elle fait intervenir des considérations de cosmogonie et de cosmochimie. Il faut pour cela remonter à la formation du Système solaire.

L’étude des météorites et des cratères lunaires nous a permis de construire un scénario de formation des planètes telluriques. Nous savons que la Terre s’est ainsi formée il y a environ 4,5 milliards d’années par accrétion de planétésimaux et de météorites. La composition des météorites étant connue, on peut estimer la quantité d’éléments radioactifs laissée en héritage à la Terre par le processus d’accrétion principal qui a duré moins de 100 millions d’années.

Jointes aux mesures de roches terrestres et aux données de la géophysique, on en déduit que ce sont les noyaux d’uranium 238 et de thorium 232 qui sont les sources principales de chaleur sous forme de désintégrations radioactives dans lesquelles un neutron se désintègre en proton, avec émission d’un électron et d’un antineutrino. Ces éléments ne sont pas sidérophiles, c'est-à-dire qu’ils n’aiment pas s’associer à des atomes de fer dans différents processus géochimiques conduisant à la formation de roches. On ne les trouvera donc pas dans le noyau de la Terre mais bien dans le manteau et la croûte terrestre.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema215
À l'Hadéen, le bombardement de la Terre par des météorites était encore intense.
© Fahad Sulehria
Si les météorites et les planétésimaux ont apporté des éléments radioactifs, leur chute dans le champ de gravitation de la prototerre a converti de l’énergie gravitationnelle en énergie thermique lors de leurs impacts à la surface de la planète. Cette seule source d’énergie est suffisante pour provoquer la formation d’un véritable océan de magma recouvrant la Terre à l’époque infernale de l’Hadéen.

Cette chaleur n’a pas pu partir complètement dans l’espace sous forme de rayonnement lors du refroidissement de la croûte terrestre. Les calculs montrent alors que l’on peut s’attendre à ce que la moitié environ de la chaleur contenue dans la Terre soit en fait de la chaleur résiduelle de ce processus d’accrétion. L’autre moitié serait le résultat de la désintégration de l’uranium 238 et du thorium 232, avec en troisième position une faible fraction provenant du potassium 40.

Mais tout cela n’était que théorique, comment en être sûr ?

Un flux de particules d'antimatière
C’est la physique des particules qui vient de donner la réponse à l’aide de détecteurs initialement construits pour mesurer les oscillations de neutrinos. Il s’agit de KamLand (Kamioka Liquid scintillator Anti-Neutrino Detector) et Borexino.

KamLAND, situé au Japon, reçoit un flux important d’antineutrinos en provenance de plus de cinquante réacteurs nucléaires. Le signal du flux des géoneutrinos est donc noyé dans un bruit de fond et les résultats de premières observations, en 2005, n’étaient pas concluants. L’année dernière, les géophysiciens des neutrinos avaient annoncé avoir fini par détecter ce flux avec Borexino. Aujourd’hui ceux de KamLand reviennent sur le devant de la scène en publiant dans un article de Nature Geoscience, donné en lien ci-dessous, les résultats de leurs dernières mesures et analyses.

Cette fois, le signal est plus clair au-dessus du bruit de fond des centrales nucléaires. Il en résulte qu’environ 20 terawatts viennent des isotopes d’uranium 238, de thorium 232 et de potassium 40 avec 3 térawatts provenant de la désintégration d’autres isotopes. C’est plus que dans les modèles BSE envisagés mais cela reste bien du même ordre de grandeur. Il faut en conclure que les 21 térawatts restants proviennent de la réserve de chaleur primitive laissée par la formation de la Terre.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Kamlan10
Un dessin des composants du détecteur de KamLand. Le ballon est rempli de 1.000 tonnes de liquide scintillant et est entouré
par 1.879 photomultiplicateurs montés sur une sphère en acier.
© Lawrence Berkeley National Laboratory
* Partial radiogenic heat model for Earth revealed by geoneutrino measurements

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 20 juillet 2011 à 15h29
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/la-radioactivite-nexplique-que-la-moitie-de-la-chaleur-de-la-terre_31486/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyVen 12 Aoû 2011 - 21:48

De nouvelles ondes solitaires dans l'eau...

Avec un peu d’astuce et peu de moyens, on peut encore faire des découvertes remarquables dans le domaine de la physique des ondes se propageant dans un fluide. C’est ce que viennent de prouver des chercheurs de l’université Nice-Sophia Antipolis en produisant des ondes solitaires à la surface de l’eau, jamais observées jusqu’à présent.

La physique des fluides est particulièrement riche, en particulier dans le domaine de la propagation des ondes. Cela est en partie dû au fait que l’on s’y retrouve confronté à des équations non linéaires comme celles de Navier-Stokes. Malheureusement, ces équations sont difficiles à résoudre et on cherche généralement des situations physiques où des approximations linéaires sont possibles. Lorsque cela n’est pas le cas, une solution analytique est en général impossible à trouver et il faut en passer par des simulations numériques sur ordinateur, ou faire des expériences en filmant les réactions avec des caméras ultrarapides par exemple.

C’est précisément ce qu’ont fait Jean Rajchenbach, Alphonse Leroux, et Didier Clamond à l’université de Nice-Sophia Antipolis.

Ces physiciens ont réalisé une expérience simple en cherchant à produire des ondes de Faraday. Ils ont pour cela utilisé une cellule de Hele-Shaw qui consiste en deux plaques de verre très rapprochées l'une de l'autre entre lesquelles on injecte un ou plusieurs fluides. Ce système est utilisé comme modèle bidimensionnel d'un milieu poreux. Dans le cas présent, les plaques dont les côtés faisaient environ 30cm étaient séparées par seulement 1,5mm. Entre les deux, de l’eau sur une hauteur de 5cm était présente.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 RTEmagicC_soliton_1_Jean_Rajchenbach_et_al_American_Physical_Society_txdam23296_b91560
Le premier type d'onde solitaire est symétrique avec une fonction paire.
© Jean Rajchenbach et al., American Physical Society
La cellule a ensuite été posée sur un système mécanique vibrant verticalement et dont on pouvait contrôler les fréquences et les amplitudes de mouvements. Les résultats ont été ceux que montrent ces deux animations.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 RTEmagicC_soliton_2_Jean_Rajchenbach_et_al_American_Physical_Society_txdam23297_8bb9aa
Le second type est presque de symétrie impaire et il n'avait jamais
été observé jusqu'à présent selon les chercheurs.
© Jean Rajchenbach et al., American Physical Society
On voit clairement apparaître deux types d’ondes stationnaires avec deux symétries différentes. La première est dite paire et la seconde impaire. Traçons en effet un axe vertical représentant un miroir et séparant en deux la forme que prend la surface de l’eau. Un axe horizontal servira d’axe des abscisses, x, pour décrire la hauteur f(x) de la surface de l’eau lorsqu’elle n’est pas au repos. Si la première image montre une symétrie en miroir, la seconde non. On voit qu’une fonction paire, f(x)=f(-x), décrit la hauteur de la surface d’eau dans le premier cas et une fonction impaire, f(-x)=-f(x) décrit approximativement le second. La différence serait due au fait qu’une sonde a été utilisée pour perturber brièvement la surface de l’eau.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtemag12
Le mathématicien hollandais Diederik Johannes Korteweg
à l'âge de 80 ans en 1928.
© 2011 ERCIM News
De nouveaux solitons pour la physique
Ces ondes stationnaires ne sont pas dissipatives car il s’agit, on l’a dit, d’ondes de Faraday non linéaires. Le second type d’onde n’a semble-t-il jamais été observé auparavant. Il s’agit en tout cas de solitons, tout comme ceux que l’on sait être décrits par une célèbre équation non linéaire, l'équation de Korteweg de Vries, mais d'une classe différente.

Ce genre d’étude sur des ondes non linéaires peut toujours être potentiellement riche de nouvelles découvertes en physique. On peut ainsi penser à la propagation de l’influx nerveux, le transfert de magma à l’intérieur de la Terre mais aussi aux vagues scélérates et aux tsunamis.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Solito10
Les ondes de Faraday solitaires observées par les chercheurs.
© Jean Rajchenbach et al., American Physical Society
* New standing solitary waves in water
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 21 juillet 2011 à 15h29
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/de-nouvelles-ondes-solitaires-dans-leau_31512/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptySam 13 Aoû 2011 - 17:54

Un cousin du neutron découvert au Fermilab - Le baryon Xi

Le Tevatron cessera bientôt de produire des collisions entre protons et antiprotons. Mais avant de tirer sa révérence, il vient de vérifier une prédiction du modèle standard. Cousin du neutron et presque six fois plus lourd que lui, le baryon Xi neutre contenant un quark b existe bel et bien !

Nous savons aujourd’hui qu’il existe six saveurs de quarks dans la nature, c'est-à-dire six quarks qui diffèrent les uns des autres par les valeurs de leurs masses et de leurs charges, dont deux forment les nucléons. Initialement, quand leur existence a été proposée au début des années 1960 par des chercheurs comme Murray Gell-Mann, George Zweig et Yuval Ne'eman, il n’y en avait que trois, à savoir les quarks up (u), down (d) et strange (s). De plus beaucoup les considéraient comme de simples artifices mathématiques, ne pouvant être aussi réels qu’un électron ou un neutrino. D’ailleurs, si les hadrons connus à l’époque, c'est-à-dire les nucléons, les mésons et les hypérons, étaient bien composés de ces particules plus élémentaires, on devait pouvoir les observer à l’état libre en faisant entrer en collision des protons, avec suffisamment d’énergie.

À la fin des années 1960, des cosmologistes comme Yakov Zel’dovich avaient même calculé que si les quarks avaient existé à l’état libre dans les premiers millionièmes de seconde de l’existence de l’univers, certains devraient encore exister comme tel aujourd’hui et devraient même être plus abondants que des atomes d’or. Le scepticisme était de rigueur, même si une particule prédite par le modèle des quarks, l'Ω-, avait bien été observée dès les années 1960. Des vidéos historiques, avec les commentaires sur cette découverte de Richard Feynman et Murray Gell-Mann, sont disponibles sur YouTube.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema231
Un schéma montrant des combinaisons à trois quarks. Les baryons avec deux quarks b (dans la partie violette) manquent toujours à l'appel. Le Xi neutre
avec quarks u, s et b a finalement été détecté. Tous les baryons laissés en cercles blancs sont ceux qui n'ont pas été découverts.
© Fermilab
Il a fallu les observations en accélérateurs du début des années 1970 et la découverte de la théorie du confinement des quarks pour que la communauté scientifique admette leur existence. Ces mêmes années, la théorie décrivant les interactions fortes entre ces quarks, la chromodynamique quantique, passait des tests décisifs. La théorie électrofaible ne tarda pas à s’imposer aussi, liant quarks et leptons dans différentes réactions entres particules, mais au prix d’une multiplication par deux du nombre de quarks. Apparaissaient alors dans la théorie, les quarks beau (b), charmé (c) et top (t).

Des particules presque insaisissables
Le quark charmé a été découvert par Burton Richter au Slac et par Samuel Ting au Laboratoire national de Brookhaven, en 1974. Les quarks beau et top furent directement observés au Tevatron (Fermilab), respectivement en 1977 et 1994. Ces six saveurs de quarks peuvent se combiner par deux ou par trois et il en résulte que plusieurs dizaines de particules différentes sont possibles sur cette base. Ce sont donc les hadrons.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema232
Les détails des réactions de désintégration du nouveau baryon. Les produits finaux suite
à une cascade de désintégrations sont des protons p et des mésons pi.
© Fermilab
En dehors des nucléons, les hadrons sont très, très instables et ne vivent que d’infimes fractions de seconde. Tout comme les atomes, ils possèdent des niveaux d’excitation, autant dire que c’est un véritable déluge de particules, toutes différentes les unes des autres, qui apparaît lorsque l’on réalise des collisions à hautes énergies entre protons et antiprotons.

Identifier celles qui sont les plus difficiles à produire et les plus instables est donc loin d'être simple et c’est pourquoi plusieurs hadrons manquent à l’appel. C’était le cas du Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Mimete10, un baryon formé d’un quark u, d’un quark s et d’un quark b, finalement identifié aujourd'hui par le détecteur CDF, le même dont on avait pensé il y a quelques mois qu’il avait peut-être observé le mythique boson Z'.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Cdf_fe10
Le détecteur CDF du Tevatron.
© Fermilab
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 22 juillet 2011 à 13h37
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/un-cousin-du-neutron-decouvert-au-fermilab-le-baryon-xi_31542/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyDim 14 Aoû 2011 - 23:24

Des nanotubes de carbone pour stocker la chaleur du soleil

Il ne suffit pas de savoir capter l’énergie solaire pour en faire l’énergie du futur. Il faut pouvoir la stocker et la rendre disponible à volonté. Un groupe de chercheurs du MIT aurait trouvé un nouveau principe de stockage efficace et peu coûteux avec un matériau basé sur des nanotubes de carbone. Il ne s'agit pour le moment que de calculs.

Même si le Japon étudie de plus en plus sérieusement le concept de station spatiale solaire, cela n’est sûrement pas la voie que pourra exploiter l’ensemble de l’humanité dans moins de cinquante ans pour exploiter massivement l’énergie du soleil. Les dispositifs permettant de capter l’énergie solaire seront sans doute de plus en plus performants mais comme le soleil ne brille pas partout ni en permanence, il faut trouver le moyen de stocker durablement et efficacement l’énergie solaire, par exemple sous forme d’hydrogène.

Il y a quelque temps, les chercheurs du MIT avaient trouvé une intéressante molécule qui changeait de forme sous l’action du rayonnement solaire. De cette manière, de l’énergie pouvait être stockée longtemps sans perte et il suffisait d’un catalyseur pour la libérer avec un dégagement de chaleur. La molécule était du diruthénium de fulvalène.

Malheureusement, le ruthénium est un élément rare et coûteux.

Une transition quantique
Identifié et isolé en 1844 par Karl Karlovich Klaus, un chimiste et naturaliste russe, il fait partie des métaux du groupe du platine (dits métaux de transition). Sa production mondiale n’est que de 12t par an. Autant dire que cette molécule n’avait pas d’avenir. Mais les travaux des chercheurs du MIT, utilisant la mécanique quantique, leur ont permis de comprendre ce qui rendait cette molécule efficace.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema250
Le principe du stockage de l'énergie du rayonnement solaire est expliqué sur ce schéma. 1, la molécule absorbe du rayonnement, 2 elle change de
forme en conséquence en traversant une barrière d'énergie séparant deux états quantiques (3). Elle reste dans un état excité indéfiniment
en attendant une action extérieure (4), par exemple un flash de lumière ou un léger chauffage.
Elle retourne alors à sa forme initiale (6) en libérant de la chaleur (5).
© Grossman-Kolpak
Cela les a aiguillés du côté des nanosciences et plus particulièrement des nanotubes de carbone. En fixant des molécules d’azobenzène, un composé chimique comprenant deux anneaux phényls liés par un double pont N=N, sur les nanotubes de carbone, le résultat devrait être spectaculaire si l'ont en croit les calculs des chercheurs.

Non seulement le matériau obtenu serait bien plus économe à fabriquer mais la densité de l’énergie stockée serait dix mille fois plus grande ! Ce qui le rend comparable à ce que l’on sait faire avec des batteries au lithium. De nouveau, l’énergie du rayonnement solaire est stockée indéfiniment grâce à un changement de forme de la structure moléculaire. On peut ensuite la libérer sous forme de chaleur.

Il faut bien sûr associer à ce matériau des dispositifs capables de convertir l’énergie thermique sous forme d’énergie électrique. Toujours est-il que les chercheurs savent probablement maintenant dans quelles directions chercher diverses molécules capables de jouer ce rôle de batterie thermochimique. Le processus de fabrication lui-même est basé sur la nanotechnologie. Reste à vérifier expérimentalement que les calculs des chercheurs sont justes.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Nanotu10
Un nanotube de carbone entouré de molécules d'azobenzène.
© Grossman Kolpak
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 25 juillet 2011 à 11h28
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/chimie-1/d/des-nanotubes-de-carbone-pour-stocker-la-chaleur-du-soleil_31582/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyDim 14 Aoû 2011 - 23:32

Dernières nouvelles du boson de Higgs au LHC

Du 21 au 27 juillet 2011 se tient à Grenoble une grande conférence internationale sur la physique des hautes énergies. On y présente, entre autres, les derniers résultats de la chasse au boson de Higgs. Celui-ci n’a toujours pas été découvert mais se laisse peut-être timidement entrevoir. On en sait cependant plus sur sa masse… s’il existe.

Son père principal, Peter Higgs, est sûr de sa découverte au LHC alors que Stephen Hawking a parié qu’on ne l’observerait pas. Le boson de Higgs-Englert-Brout est en tout cas une pièce importante pour la cohérence du modèle standard des particules élémentaires. Comme il est expliqué dans une vidéo pédagogique (en anglais) du Fermilab, il doit être responsable des masses des particules de l’univers, que ce soit des électrons, des quarks ou des neutrinos.

Autant dire que tout le monde retenait son souffle au début de la Europhysics Conference on High Energy Physics 2011 qui se tient actuellement à Grenoble. Elle fait le point sur l’état des recherches en physique des hautes énergies avec des machines comme le LHC ou le Tevatron. les transparents des conférences, que l’on peut suivre en direct, étant en ligne, les commentaires des experts sont disponibles depuis quelques jours sur la blogosphère, par exemple sur le blog du physicien Adam Falkowski.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema251
Une image montrant plusieurs particules produites par les collisions de protons dans le détecteur CMS en mai 2011. Le boson de Higgs pourrait trahir
sa présence en se désintégrant en donnant deux bosons Z, lesquels peuvent se désintégrer en donnant des leptons. De fait, on voit ici un événement
qui pourrait être la signature de la désintégration d'un boson de Higgs. Les deux traces épaisses en rouge sont celles de deux électrons
provenant de la désintégration d'un Z et les deux traces rouges minces sont celles
laissées par deux muons provenant de la désintégration d'un autre Z.
© Cern
Le Tevatron ne trouvera pas le boson de Higgs
Pour faire court, on ne sait toujours pas si Robert Brout est mort trop tôt pour se voir attribuer un prix Nobel de physique, car ni Atlas, ni CMS n’ont vu le boson de Higgs.

En revanche, il semble bien que les deux détecteurs du LHC aient définitivement pris le dessus sur ceux du Tevatron en raison, principalement, de la plus grande luminosité des faisceaux du LHC. Si le boson de Higgs existe, sa masse, que l’on savait déjà supérieure à 114 GeV depuis presque vingt ans grâce au LEP, ne peut pas être comprise entre 149 GeV et 206 GeV ainsi qu’entre 300 GeV et 440 GeV selon les observations de CMS.

D'après les expériences réalisées avec Atlas, les bornes sont 155-190 GeV et 295-450 GeV. Les deux détecteurs voient cependant de timides indications de la présence du Higgs dans l’intervalle d’énergies 120-145 GeV. On devrait en savoir plus dans les jours qui viennent avec une annonce des chercheurs du Tevatron qui devraient eux aussi préciser l'intervalle de masse où se trouve peut-être le boson de Higgs.

Une réponse à la fin de l'année 2012
Toujours est-il qu’une conférence de presse vient de se tenir à Grenoble ce 25 juillet 2011. À la question de savoir s’il était désappointé qu’aucune trace d’une nouvelle physique ni d’un signal clair de l’existence du Higgs ne se soit encore montrée au LHC, Rolf Heuer, le directeur général du Cern a répondu: « Pas du tout ! ». Pour lui, l’exploration d’un nouveau territoire commence juste et si parfois des jeunes théoriciens et expérimentateurs font part d’une certaine déception, il leur conseille, fort de son expérience, d’apprendre à être un peu plus patient...

Il est vrai que les nouvelles bornes sur la masse du boson de Higgs font qu’il est probablement léger et dans un intervalle d’énergie entre 115 GeV et 140 GeV, là où, paradoxalement, il est le plus difficile à trouver. Mais Rolf Heuer s'attend au cours de l’année 2012 à un progrès d’un facteur dix dans la quantité de données accumulée. Selon ses estimations, à la fin de l’année prochaine, on saura alors si oui ou non le boson de Higgs existe.

Un bilan plus complet sur l’ensemble des recherches en physique des particules avec le LHC étant bientôt disponible, nous aurons l’occasion d’y revenir.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Higgs-10
Peter Higgs devant le détecteur CMS.
© Cern, Maximilien Brice
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 25 juillet 2011 à 13h30
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/dernieres-nouvelles-du-boson-de-higgs-au-lhc_31608/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyLun 15 Aoû 2011 - 21:06

Un photon ne peut pas remonter le temps, et alors ?

Selon certains, la publication d’un article par Shanchao Zhang et ses collègues physiciens de la Hong Kong University of Science and Technology prouve qu’il n’est pas possible de remonter dans le temps. L’article ne traite absolument pas de cette question et les fans d’Emmett Brown peuvent se rassurer...

« Impossible voyage dans le temps » titrent actuellement de nombreux médias après la publication d'un article de l'université de Hong Kong. Ce serait la conclusion qu'il faudrait tirer du fait qu'un photon ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière dans le vide. Le résultat est certes intéressant... mais il ne constitue pas vraiment une surprise pour les physiciens. Surtout, Zhang et ses collègues ne parlent absolument pas de possibles implications pour le voyage dans le temps !

Le contexte: deux décennies de discussions
Voilà un moment que les physiciens examinent la question d’un possible voyage d’objets ou d’informations à une vitesse supraluminique dans le cadre de la physique connue. En 1992, le physicien Günter Nimtz, que l'on peut voir dans cette vidéo, avait même annoncé avoir observé la propagation de paquets d’ondes électromagnétiques à une vitesse supérieure à la lumière dans certains milieux matériels.

Les faits expérimentaux étaient indiscutables, un paquet d’ondes semblait bel et bien voyager plus vite que la lumière. Pour expliquer ce fait, Nimtz faisait appel au phénomène de l’effet tunnel quantique. Mais la plupart des physiciens n’ont pas été convaincus...

Selon eux, si quelque chose se propageait effectivement plus vite que la lumière, le phénomène ne permettrait pas de transmettre la moindre information, par exemple un message en morse, plus vite que la lumière. Il n'y avait pas de Violation de l'Invariance de Lorentz, pas plus qu'en gravitation quantique. Le front de l’onde électromagnétique, le précurseur optique selon la terminologie employée, se déplaçait toujours, au maximum, à la vitesse de la lumière dans le vide. Ce phénomène, avec propagation d'ondes dans un milieu dispersif, avait été analysé il y a longtemps par Sommerfeld et Brillouin.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema264
Le mathématicien et physicien Arnold Sommerfeld avait déjà traité il y a longtemps de problèmes concernant des propagations
« supraluminiques » d'ondes, mais ne contredisant pas la théorie de la relativité. Sommerfeld a été
le professeur de plusieurs prix Nobel de physique comme Heisenberg, Pauli et Bethe.
© Mathematisches Forschungsinstitut Oberwolfach gGmbH (MFO)
Décryptage: un photon unique ne viole pas l'Invariance de Lorentz
Comme il a souvent été affirmé que s'il existait un moyen de faire voyager un objet plus vite que la lumière, cela permettrait à cet objet de remonter dans le passé de certains observateurs, quelques spéculations concernant la possibilité de voyager dans le passé à l’aide des effets quantiques (par exemple) avaient surgit dans l’esprit de certains.

Si la relativité restreinte et la causalité semblaient bel et bien inviolées dans les expériences portant sur des effets superluminiques mettant en jeu des ondes électromagnétiques, peut-être en serait-il tout autrement avec des quanta de lumière individuels ?

Les expériences de Shanchao Zhang et ses collègues physiciens de la Hong Kong University of Science and Technology prouvent qu’il n’en est rien. Un photon individuel, quel que soit le milieu dans lequel il se propage dans un laboratoire terrestre, ne va pas plus vite que la vitesse de la lumière dans le vide.

Cela ne prouve strictement rien quant à la possibilité d’utiliser un jour les lois de la physique (par exemple avec de nouvelles particules) pour transmettre dans le passé un message ou y faire voyager un objet. Rien ne semble vraiment empêcher la DeLorean DMC-12 d’Emmett Brown d’ouvrir un trou de ver pour aller rendre visite à Albert Einstein et Kurt Gödel, si ce n’est d’avoir une source d’énergie exotique suffisamment puissante...

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Einste10
Einstein et Kurt Gödel. Ce dernier avait trouvé une solution cosmologique des équations
d'Einstein, impliquant que le voyage dans le temps était possible.
© Oskar Morgenstern Institute of Advanced Study
*Optical Precursor of a Single Photon

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 28 juillet 2011 à 11h29
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/buzz-un-photon-ne-peut-pas-remonter-le-temps-et-alors_31692/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMar 16 Aoû 2011 - 0:48

Limiter la décohérence avec un champ magnétique

Un groupe de chercheurs américains de l’University of Southern California a réussi à augmenter le temps de décohérence d’un système quantique à l’aide d’un champ magnétique. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour réaliser des ordinateurs quantiques plus performants.
  • À lire, notre dossier sur l'ordinateur quantique >>
Les ordinateurs classiques font leurs calculs à l’aide de bits d’informations selon les règles de la physique classique. L’état élémentaire d’un circuit est soit 0 soit 1. Mais en utilisant des qubits d’informations, où l’état élémentaire d’un système quantique est à la fois 0 et 1, il est possible d’effectuer bien plus rapidement certains types de calculs. On sait déjà faire des ordinateurs quantiques mais leur capacité de calcul reste pour le moment très en dessous de celle de la plus modeste des calculatrices programmables de poche des années 1970.

La raison en est que des objets de grande taille, bien qu’ultimement soumis aux lois de la physique quantique gouvernant leurs atomes, se comportent comme des objets qui ne sont plus quantiques. C’est la raison pour laquelle, lors d’une expérience, le fameux chat de Schrödinger est toujours observé vivant ou mort et jamais vivant et mort. Intervient alors le phénomène dit de décohérence.

Si l’on veut avoir une vague idée du phénomène de décohérence et de son rôle limitant pour la construction d’un ordinateur quantique, on peut prendre comme analogie celle d’un château de cartes.

Pour réaliser un ordinateur quantique surpassant un ordinateur classique, il faut disposer d’un grand nombre de qubits. On peut se les représenter comme les éléments d’un château de cartes. Plus le château prend de la hauteur, plus il est instable et un petit courant d’air ou une petite vibration de la table suffit pour que tout le château s’écroule. En général, plus le château est grand, plus il a de risque de s’effondrer vite, à moins qu’on le place dans une chambre sous vide ou sur une table l’isolant des vibrations du sol par exemple.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema265
La molécule magnétique Fe8 et ses ligants. En vert, les atomes de fer,
en rouge ceux d'oxygène, en bleu ceux d'azote.
© UniMoRe
L’entreprise est difficile et on doit généralement refroidir presque au zéro absolu les systèmes quantiques constitués de quelques atomes seulement pour les isoler suffisamment longtemps du bruit de fond ambiant généré par le reste de l’univers afin de pouvoir effectuer quelques timides calculs quantiques. Certains pensent même que l’entreprise est vouée à l'échec, jamais aucun ordinateur quantique écrasant par sa vitesse de calcul un superordinateur comme le Jaguar ne verra jamais le jour.

Un temps de décohérence mille fois plus long
Pour essayer de résoudre ce problème, des chercheurs s’intéressent aux aimants moléculaires. Il s’agit de molécules contenant des ions paramagnétiques et qui peuvent se comporter comme un aimant permanant macroscopique - un excellent système à la frontière du monde classique et quantique d’une certaine façon. En 2008, des chercheurs des universités de Grenoble, Bielefeld et Beer-Sheva avaient déjà montré (à l’occasion d’une publication dans Nature) que l’on devait pourvoir obtenir des effets de cohérence quantique prolongée avec des aimants moléculaires.

Aujourd’hui, et toujours dans Nature, des chercheurs de l’University of Southern California annoncent que leurs calculs sur l’augmentation du temps de cohérence dans une molécule magnétique bien connue, Fe8, se sont révélés justes expérimentalement.

Ils ont d’abord déterminé exactement l’influence des conditions de température et d’intensité d’un champ magnétique externe sur le temps de décohérence de cette molécule magnétique. L’objectif était de déterminer l’optimum qu’il était possible d’attendre puis de réaliser une expérience, et surtout de tester la théorie permettant d'expliquer une possible extension du temps de décohérence.

L'expérience a montré l'importance du champ magnétique dans la prolongation de l'état de cohérence quantique du système, en plein accord avec les calculs. Les résultats obtenus suggèrent qu'il est possible d'atteindre un temps de décohérence d’environ 500 microsecondes, augmentant d’un facteur proche de mille les résultats précédemment obtenus dans ce domaine de recherche.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Schroe10
Le prix Nobel de physique Erwin Schrôdinger.
© th.physik.uni-frankfurt
* Tout sur le magnétisme moléculaire

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 29 juillet 2011 à 11h30
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/ordinateur-quantique-limiter-la-decoherence-avec-un-champ-magnetique_31661/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMer 17 Aoû 2011 - 0:45

La masse de l'antiproton mesurée avec une précision record

Des physiciens japonais et allemands ont mesuré avec une extraordinaire précision la masse de l’antiproton. Leur but était de vérifier la validité de la théorie de la relativité restreinte et de tenter de résoudre l’énigme de l’antimatière cosmologique manquante.
  • Découvrez l'énigmatique antimatière dans notre dossier >>
Dans le cadre de la physique actuelle, à des énergies inférieures à celles des collisions réalisées au Tevatron entre protons et antiprotons, tous les événements de l’univers observable sur Terre ne sont que des sortes de configurations ondulatoires d’un champ quantique relativiste. Mariant les lois de la mécanique quantique avec celles de la relativité restreinte, de tels champs décrivent complètement les électrons, les protons et les neutrons formant les atomes de nos corps, du Soleil et des planètes ardentes.

Un théorème mathématique concernant un champ quantique relativiste exige que ce champ doit respecter ce que l’on appelle l’invariance CPT. En clair, prenez n’importe quelle expérience de physique ou de chimie dans l’univers observable, refaites-la en remplaçant les particules de matière par de l’antimatière et inversement, prenez son image dans un miroir (ce qui inversera par exemple le sens du courant dans une bobine électrique) et renversez le sens des divers mouvements, comme si l’écoulement du temps était inversé, et vous ne verrez aucune différence.

Depuis des années, les physiciens cherchent des phénomènes qui violeraient l’invariance CPT. L’une des raisons motivant ces recherches est que cela pourrait expliquer pourquoi il n’y a quasiment pas d’antimatière dans l’univers, alors que matière et antimatière aurait du être créées en quantités égales au moment du Big Bang d’après les lois de la physique connues.

Au-delà de la relativité restreinte ?
Or, en 2002, le célèbre chercheur Oscar Greenberg, un des premiers à proposer l’existence de la charge de couleur pour les quarks, a démontré un théorème aux conséquences profondes en ce qui concerne la violation de l’invariance CPT. Selon le théorème de Greenberg, par exemple, une différence de masse entre un proton et un antiproton impliquerait automatiquement une Violation de l’Invariance de Lorentz, c'est-à-dire une violation des prédictions de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein !

Inutile de dire que les recherches portant sur la comparaison des masses des protons et des antiprotons sont devenues encore plus intéressantes. De fait, depuis plusieurs années, c’est ce qu’essaient de faire au Cern les physiciens de l’expérience Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (Asacusa).

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema274
Les physiciens d'Asacusa devant leur machine.
© Cern-Laurent Guiraud
Masaki Hori,Theodor W. Hänsch de l’Institut d’optique quantique Max Planck, viennent d’ailleurs de publier dans Nature, avec leurs collègues, un article faisant état des derniers résultats obtenus dans ce domaine. Leur conclusion: aucune différence n’est mesurable entre la masse d’un proton et celle d’un antiproton ! Aucun signe d’une violation de l’invariance CPT donc.

Pour réussir cette incroyable performance, les chercheurs ont commencé par obtenir des antiprotons lents en provenance de l’Antiproton Decelerator (AD) du Cern. En les faisant passer dans un milieu contenant de l’hélium, ils ont ensuite obtenu de l’hélium antiprotonique, c'est-à-dire des atomes d’hélium dans lesquels un des deux électrons en orbite autour de leur noyau a été remplacé par l’antiproton chargé négativement.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema275
L'antiproton (p barre) s'approche de l'atome d'hélium et entre en collision avec un des électrons périphériques (dessins 1 et 2). Il l'éjecte (3)
et le remplace (4) autour du noyau He++. Un atome d'hélium antiprotonique s'est donc formé.
© Cern
L'antiproton est 1.836,1526736 fois plus lourd que l'électron
L’atome d’hélium est l’un des plus simples dans l’univers et l’hélium antiprotonique est bien plus aisé à produire que l’antihydrogène. On peut aussi le conserver bien plus longtemps pour faire diverses mesures. Or, les niveaux d’énergie dans un atome d’hélium antiprotonique ne sont pas les mêmes que dans un atome d’hélium. Dans les deux cas, ces niveaux sont calculables jusqu’à un certain point. On peut faire une mesure précise des transitions de l’antiproton dans un atome d’hélium antiprotonique sous l’effet d’un rayonnement. En comparant avec ce qui se passe dans un atome d’hélium, il devient possible de connaître avec une grande précision le rapport de la masse du proton et de l’antiproton.

Plus exactement, on obtient d’abord une détermination de la masse de l’antiproton par rapport à celle de l’électron. Comme le rapport de la masse du proton à celui de l’électron est mesuré avec une grande précision, on peut ensuite comparer les masses du proton et de l’antiproton.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema276
L'évolution dans le temps de la mesure du rapport masse du proton/masse de l'électron. De 1985 à 2002, les barres d'erreurs (verticales) se réduisent
considérablement. En 2006 le rapport masse de l'antiproton/masse de l'électron (en rouge) était déjà bien déterminé.
© Stefan Meyer Institut
Toutefois, la mesure est difficile en ce que les atomes d’hélium antiprotonique sont en mouvement du fait de l’agitation thermique. La largeur des raies d’émission s’en trouve augmentée, diminuant à priori la précision des mesures.

Par rapport à une précédente détermination de la masse de l'antiproton en 2006, les chercheurs ont contourné l’obstacle en soumettant les atomes d’hélium antiprotonique à deux faisceaux laser finement ajustés. Cette méthode de spectroscopie laser à deux photons leur a permis de gagner en précision de 4 à 6 ordres de grandeurs ! Ainsi, le rapport de la masse de l’antiproton à celle de l’électron est connu avec une précision dépassant le milliardième.

« Nous avons mesuré la masse de l'antiproton relativement à celle de l'électron avec une précision de 10 chiffres, et nous avons trouvé exactement la même valeur que celle du proton, connue avec une précision similaire. Cela peut être considéré comme une confirmation du théorème CPT. Par ailleurs, nous avons appris que les antiprotons obéissent aux mêmes lois de l'optique quantique non linéaire que les particules normales, et nous pouvons utiliser des lasers pour les manipuler. La technique à deux photons devrait permettre d’atteindre une précision beaucoup plus élevée dans l'avenir, de sorte que, finalement, la masse antiproton pourrait être mieux connue que celle du proton », selon Masaki Hori.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Antipr10
Une vue d'artiste d'un antiproton en orbite dans un atome d'hélium soumis à un faisceau laser (à gauche).
© Max Planck Institute of Quantum Optics, Garching
* Two-photon laser spectroscopy of antiprotonic helium and the antiproton-to-electron mass ratio
* Antiprotonic helium and CPT invariance

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 1er août 2011 à 13h25
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/la-masse-de-lantiproton-mesuree-avec-une-precision-record_31709/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyVen 19 Aoû 2011 - 21:04

Un nouveau cristal de tourbillons magnétiques avec des skyrmions

Les physiciens du solide avaient prédit il y a vingt ans l’existence d’états magnétiques bien particuliers au sein d'un réseau d’atomes en deux dimensions: un cristal de skyrmions magnétique. Un nouvel exemple de cette curiosité a été observé.

Il y a presque cinquante ans, avant que l’on ne découvre la théorie de la chromodynamique quantique, le grand théoricien britannique Tony Skyrme cherchait à mieux comprendre la nature des nucléons et des forces nucléaires fortes. On savait déjà que les protons et les neutrons étaient des fermions de spin demi-entier et qu’ils échangeaient des sortes de photons, le fameux boson de Yukawa de spin entier, le pion.

À la même époque, Heisenberg cherchait lui aussi à mieux comprendre les forces nucléaires mais il allait plus loin. Il considérait une équation de champ fondamental non linéaire basée sur un champ de fermions qui devait contenir toutes les particules de matière et de force connues à l’époque. Dans cette théorie unifiée, photons et gravitons étaient par exemple vus comme des paquets de fermions. Ceux-ci ayant un moment cinétique intrinsèque, un spin, de valeurs respectives 1 et 2, ils pouvaient effectivement être des états liés d’un nombre pair de fermions de spin ½.

Un modèle pour les nucléons
Skyrme suivait une approche plus modeste (il ne s’occupait que des baryons et des forces nucléaires) mais très similaire. Il considérait lui-aussi une équation non linéaire mais dont le champ fondamental était celui d’un boson de spin nul, le pion de Yukawa.

À première vue, l’idée semble absurde. Comment obtenir des particules de spin ½ à partir d’états composites de particules de spin nul ?

C’est là qu’intervient le caractère non linéaire de l’équation. De même que dans un fluide, lui aussi décrit par une équation non linéaire (celle de Navier Stokes), il peut se former des tourbillons stables avec un moment cinétique, on pouvait considérer protons et neutrons comme des sortes de tourbillons dans un fluide de pions. Ces configurations, qui rappellent celles des solitons, sont aujourd’hui appelées des skyrmions.

La découverte des quarks et de la théorie de la ChromoDynamique Quantique (QCD) a éclipsé le modèle de Skyrme des baryons (ironiquement, il apparaîtra plus tard comme une approximation des équations de la QCD). Mais quelques décennies plus tard, on s’est aperçu de son importance dans le domaine de la physique de la matière condensée.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema290
Un exemple de skyrmion émergeant dans un réseau d'atomes magnétiques en deux dimensions plongés dans un champ magnétique B (en rouge).
Les atomes sont comme des petits aimants dont l'orientation magnétique est donnée par les flèches en bleu. On voit une sorte de tourbillon
local formé par un soliton topologique. Le terme topologique s'explique par le fait qu'il n'est pas possible de transformer par déformation
continue la distribution de flèches considérée en une autre sans tourbillons. C'est la même chose avec une sphère qui ne peut pas
donner par déformation continue un tore puisque ce dernier possède une discontinuité, un trou. De même un tore
n'est pas topologiquement équivalent à un bretzel puisque lui possède au moins deux trous.
© Alan Stonebraker
En soi, ce n’est pas vraiment une surprise, d’ailleurs, au moment même où il a été proposé, nombreux étaient les physiciens (tels Yoichiro Nambu) qui essayaient de comprendre les caractéristiques des hadrons et autres particules élémentaires en terme d’états collectifs non linéaires de particules plus fondamentales, à la façon de ce que l’on faisait déjà en physique du solide. Le boson de Higgs est d’ailleurs un sous-produit des travaux dans le domaine de la supraconductivité.

Un cristal de Skyrme
C’est dans le cadre de la théorie des milieux magnétiques que la théorie des skyrmions trouve aujourd’hui des illustrations intéressantes. Une publication dans Nature (donnée en lien ci-dessous) le montre bien. Des chercheurs des universités de Kiel et Hambourg s’étaient d’abord lancés dans l’investigation d’un certain type d’ordre magnétique à deux dimensions, sans rapport avec des skyrmions, dans une couche monoatomique de chrome déposée sur de l’iridium. La recherche, menée à l’aide d’un microscope à effet tunnel polarisé de spin, s’étant révélée infructueuse, les physiciens ont remplacé le chrome par du fer.

À leur surprise, un ordre magnétique inattendu est apparu. Modélisé à l’aide de calculs quantiques sur un supercalculateur, ils ont découvert qu’ils étaient en présence d’un cristal de Skyrme jamais observé jusqu’à présent.

En effet, si un réseau de skyrmions magnétiques avait déjà été observé il y a quelques années, il faisait intervenir des skyrmions formés d’un assez grand nombre d’atomes et il n’apparaissait que sous l’influence d’un champ magnétique. Dans le cas présent, l’élément du cristal de Skyrme en deux dimensions n’est formé que de quinze atomes et, surtout, l’ordre magnétique apparaît spontanément sans l’intervention d’un champ magnétique extérieur.

Cette découverte pourrait avoir des applications intéressantes dans le domaine de la spintronique.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Skyrmi10
Un schéma de la cellule élémentaire carrée d'un cristal de Skyrme formée de quinze atomes de fer. Les cônes colorés indiquent l'orientation
du moment magnétique propre de l'atome. Chaque carré contient un skyrmion.
© Université de Hambourg
* Spontaneous atomic-scale magnetic skyrmion lattice in two dimensions
* The Skyrme Model for Baryons

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 4 août 2011 à 10h27
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/le-skyrmion-un-cristal-de-tourbillons-magnetiques-existe-bien_32572/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMar 23 Aoû 2011 - 22:52

Une ceinture d'antiprotons autour de la Terre ?

Les calculs décrivant le flux de rayons cosmiques entrant en collision avec les noyaux de la haute atmosphère prédisent que des antiprotons doivent s’accumuler dans certaines parties de la Ceinture de Van Allen. Les observations du satellite russe équipé de l’expérience Pamela le confirment.

La découverte de la Ceinture de Van Allen s’est faite en 1958 grâce aux instruments du satellite Explorer 1. Cette ceinture de radiation est célèbre et l’on doit en tenir compte lorsque l’on construit des satellites, notamment parce qu’elle contient des électrons tueurs. Une région particulière de la magnétosphère associée à la Ceinture de Van Allen fait l’objet de l’attention des géophysiciens depuis longtemps. Il s’agit de l'Anomalie Magnétique de l'Atlantique Sud, Amas, SAA en anglais (South Atlantic Anomaly) qui est la partie interne de la Ceinture de Van Allen la plus proche de la surface de la Terre.

Les lobes de la Ceinture de Van Allen sont disposés symétriquement par rapport à l'axe du magnétisme terrestre, qui est décalé d'environ 11° par rapport à l'axe de rotation de la Terre. Comme cet axe magnétique est décalé d'environ 450km par rapport à l'axe de rotation, la Ceinture de Van Allen est plus proche de la Terre au niveau de la partie sud de l'Atlantique, et plus éloignée dans la partie nord du Pacifique.

Il en résulte que pour une altitude donnée, le niveau de radiations en provenance de l'espace est plus élevé dans cette région qu'en d'autres points du globe, ce qui perturbe fortement les instruments des satellites passant régulièrement dans l'Amas. Ainsi, le télescope spatial Hubble cesse ses observations lorsqu'il y pénètre et il faut tenir compte d’un signal parasite dans les capteurs CCD de COROT lorsqu’il fait de même.

Il y a plus grave lorsqu’il s’agit de vols habités, le niveau de radiations est dangereux. Ceci explique pourquoi la Station Spatiale Internationale a été équipée d'un blindage particulier pour supporter ces radiations.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema304
James Alfred Van Allen (7 septembre 1914 - 9 août 2006) est un physicien et astronome américain
qui étudia les propriétés de la magnétosphère terrestre.
© Nasa
Les instruments du Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics (Pamela) sont en orbite à bord d'un satellite russe, de type Resurs-DK1. C'est une version modifiée du satellite de reconnaissance militaire Yantar-4KS1. DK est l'acronyme de Dmitry Kozlov, concepteur en chef du premier satellite de la classe Yantar-2K et Resurs signifie « ressources » en russe.

Des antiprotons piégés par les champs magnétiques
Tout comme RadioAstron, Pamela permet une collaboration internationale entre chercheurs et ses buts sont multiples. Le principal est sans doute de tenter de découvrir la nature exacte de la matière noire mais l'espoir est aussi celui d'une meilleure compréhension de la Ceinture de Van Allen.

Un groupe de chercheurs russes et italiens vient d'annoncer dans un article sur Arxiv (voir le lien ci-dessous) que les observations de Pamela au niveau de l'Amas accréditent bel et bien l'idée qu'une véritable ceinture d'antimatière existe autour de la Terre.

Cette ceinture est composée d’antiprotons dont on vient de montrer récemment qu’ils avaient une masse identique à celle des protons, à la précision des mesures actuelles, en accord avec la relativité restreinte jointe aux lois de la mécanique quantique.

Sur une période de 850 jours, entre juillet 2006 et décembre 2008, les capteurs embarqués par Pamela ont détecté 28 antiprotons, ce qui est environ trois fois plus que ce qui serait trouvé à partir d'un échantillon aléatoire du vent solaire. On est donc en présence de la source la plus abondante d'antiprotons jamais vue près de la Terre. Elle s'explique par la création de paires de proton-antiproton lors des chocs des particules cosmiques avec les noyaux des couches supérieures de l'atmosphère.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Anomal11
Cartographie du flux de protons perçu par les CCD de COROT derrière le blindage. La trajectoire du satellite est représentée en jaune.
On y voit les huit passages par l’anomalie magnétique de l'Atlantique sud. Les couleurs indiquent
une intensité de radiations croissante du bleu au rouge.
© Cnes
* The discovery of geomagnetically trapped cosmic ray antiprotons

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 8 août 2011 à 17h33
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/une-ceinture-dantiprotons-autour-de-la-terre_32678/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMar 30 Aoû 2011 - 21:02

Des transistors biologiques avec des nanofilaments bactériens

Un groupe de chercheurs américains a découvert que les protéines synthétisées sous forme de nanofilaments par des bactéries étaient aussi conductrices que le métal. Présentée comme un changement de paradigme en biologie, cette découverte pourrait révolutionner la bioélectronique et la nanotechnologie.

La première espèce de bactérie Geobacter (souche initialement désignée GS-15) a été isolée en 1987 dans des sédiments de la rivière Potomac aux États-Unis. Rebaptisée Geobacter metallireducens, cette bactérie fut le premier organisme connu capable d’oxyder des composés organiques avec l’aide d’oxyde de fer, c'est-à-dire qu’il s’est montré capable d’utiliser ces oxydes de la même façon que les animaux qui utilisent de l’oxygène pour produire de l’énergie.

Cette propriété remarquable ainsi que la découverte d’autres espèces de Geobacter ont vivement intéressé les chercheurs pour plusieurs raisons. D'abord, on peut s’en servir pour dépolluer des sols contaminés par des hydrocarbures et même des particules radioactives. Ensuite, les transferts d’électrons impliqués dans les processus de production de CO2 à partir d’oxyde de fer et de molécules organiques sont des analogues de la photosynthèse et peuvent aussi servir à produire de la bioélectricité.

Mais ce qui fait l’intérêt de la découverte faite par les chercheurs du laboratoire mené par Derek Lovley, publiée dans un article (donné en lien ci-dessous) du journal Nature Nanotechnology, ce sont ses implications dans le domaine de la bioélectronique.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema334
Un groupe de bactéries Geobacter se développant sur un morceau d'oxyde de fer. Les couleurs sont fausses.
© Derek Lovley
L’espèce Geobacter sulfurreducens produit des protéines formant des filaments de 3 à 5 nanomètres de diamètre et pouvant s’étendre jusqu'à des dizaines de micromètres de longueur. Ces nanofilaments forment des biofilms microbiens et, à leur grande surprise, les chercheurs ont constaté qu’ils pouvaient conduire l’électricité (comme des métaux) sur une longueur de quelques centimètres. C’est la première fois que l’on découvre un matériau biologique se comportant comme un métal, on croyait jusqu’à présent que de tels biofilms devaient se comporter comme des isolants.

Une nouvelle électronique ?
Or, Geobacter peut se développer sans problème sur une électrode, au lieu d’un morceau d’oxyde de fer. Les chercheurs ont profité de ce fait pour fabriquer un dispositif, avec des électrodes en or et un biofilm, qui se comporte comme un transistor s’ouvrant et se fermant sous l’action d’une différence de potentiel. Remarquablement, la conductivité du biofilm peut être elle aussi contrôlée par un simple changement de température. On est donc en présence d'un nouveau type de transistor organique.

Selon le physicien Mark Tuominen, qui a participé aux recherches des microbiologistes publiées dans Nature: « Cette découverte met non seulement en avant un nouveau principe important en biologie mais aussi dans la science des matériaux. Nous pouvons maintenant examiner un éventail de nouveaux nanomatériaux conducteurs qui sont vivants, naturels, non toxiques, plus faciles à produire et moins coûteux que ceux artificiellement produits par l'Homme. Ils peuvent même nous permettre d'utiliser l'électronique dans l'eau et des milieux humides. Cela ouvre des possibilités intéressantes pour des applications en biologie et pour la production d’énergie qui n'étaient pas possibles auparavant. »

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Nanofi10
Entourée par des nanofilaments conducteurs en bleu sur cette image prise au microscope, on voit une bactérie Geobacter.
© Anna Klimes-Ernie Carbone
* Tunable metallic-like conductivity in microbial nanowire networks

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 22 août 2011 à 10h21
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/des-transistors-biologiques-avec-des-nanofilaments-bacteriens_32924/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMer 31 Aoû 2011 - 0:10

arXiv, l'archive scientifique mondialement célèbre, a 20 ans !

Tous les thésards et les chercheurs dans les domaines aussi divers que la physique, les mathématiques, l'informatique, les sciences non linéaires et la biologie quantitative utilisent le site arXiv. Cette archive électronique, créée initialement par le physicien Paul Ginsparg, accessible gratuitement partout sur la planète où il y a une bonne connexion Internet, a 20 ans ce mois ci.

La révolution des télécommunications actuelle a été prévue, entre autres, par le grand économiste Norman Macrae. Elle permet aujourd’hui à des physiciens théoriciens, des astrophysiciens ou même des mathématiciens de rester connectés avec leurs collègues et la science en marche où qu’ils soient sur la planète, que ce soit à Kiev, Pondichéry ou au pied d’un volcan en éruption à partir du moment où ils disposent d’une connexion Internet et d’un ordinateur portable. Des étudiants peuvent avoir accès aux cours donnés par des chercheurs de renom d’écoles situées à des milliers de kilomètres de leur université. En grande partie, cela a été rendu possible par l’initiative du physicien théoricien Paul Ginsparg, il y a vingt ans ce mois d’août 2011, lorsqu'il a créé arXiv.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema335
En 1989, Tim Berners-Lee, un informaticien au Cern, a proposé un projet appelé le World Wide Web.
© Cern
On peut trouver quelques-uns de ses souvenirs à ce sujet, avec quelques réflexions sur sa création aujourd’hui dans un article de Nature qui commence ainsi:

« Il y a vingt ans ce mois-ci, j'ai lancé un système de bulletins électroniques destiné à rendre service à quelques centaines d'amis et de collègues qui travaillent dans une sous-division de la physique théorique des hautes énergies. Je venais tout juste de prendre mon poste au Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau Mexique et pour la première fois j’avais mon propre ordinateur sur mon bureau, et le désir de simplifier l'échange de manuscrits inédits (prépublications) entre les chercheurs, auparavant distribués sous forme de copies papier par la poste.

Cette archive automatisée avec un système d'alerte pour les prépublications en physique, à l’adresse hep-th@xxx.lanl.gov, a été mise en place peu avant l'aube de l'ère Internet. J’ai d’ailleurs envoyé un e-mail à un collègue au Cern plus d'un an plus tard disant: « Je ne sais rien du WWW, c'est quoi ? » Le plan original prévoyait environ 100 soumissions d'articles, chaque année, chacun stocké pendant trois mois jusqu'à la publication sous forme papier. À la demande générale, rien n'a jamais été supprimé finalement. »

Comme il se doit, Ginsparg a aussi déposé un article arXiv pour célébrer son anniversaire.

Une mémoire pour le cerveau planétaire
Aujourd’hui, c’est l’université de Cornell, celle où a enseigné Carl Sagan, qui s’occupe d’arXiv et plusieurs sites miroirs existent dans le monde. L’archive contient maintenant pas loin de 700.000 articles qu’environ 75.000 autres rejoignent chaque année et ce flux n’est pas près de faiblir. Arxiv c’est aussi 1.000.000 d’articles téléchargés chaque semaine en moyenne par environ 400.000 utilisateurs sur la planète, dont tous ne sont pas des chercheurs professionnels.

Avec des initiatives comme la mise en accès libre des cours du MIT ou encore la mise en ligne des conférences de Feynman, on est donc en présence d’une large démocratisation de l’accès à la connaissance pour les cellules nerveuses individuelles du cerveau planétaire.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Paul_g10
Le physicien Paul Ginsparg.
© Cornell University
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 24 août 2011 à 08h31
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/arxiv-larchive-scientifique-mondialement-celebre-a-20-ans_32920/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyJeu 1 Sep 2011 - 0:03

Des neutrons "cubiques" dans les pulsars ?

Les quarks et les gluons en interaction donnent une forme sphérique aux neutrons dans les conditions de pressions des étoiles normales. Selon deux physiciens, il pourrait ne plus en être de même avec les pressions gigantesques régnant dans les étoiles à neutrons les plus massives. Les neutrons y prendraient une forme cubique.

On peut considérer qu’un atome d’hydrogène dans son état fondamental est de forme sphérique, à cause de la symétrie par rotation de la fonction d’onde de son électron orbitant autour du proton. Mais l’on sait bien que l’électron n’est pas une petite bille en orbite à la façon de la Terre autour du Soleil. En physique quantique, cette image d’atome sphérique n’est précisément que cela… une image commode qui parle à l’esprit humain en des termes classiques.

De même, les observations et la théorie montrent que les neutrons et les protons construits avec des quarks échangeant des gluons peuvent être considérés comme sphériques.

Selon Felipe Llanes-Estrada et Gaspar Moreno Navarro, ce n’est plus nécessairement vrai lorsque la pression est très grande pour de la matière neutronique. On sait qu’il existe encore bien des mystères en ce qui concerne l’état de la matière nucléaire dans les étoiles à neutrons. Mais d’après les calculs des deux chercheurs, dans des étoiles à neutrons très massives, comme c’est le cas avec PSR J1614-2230, et donc dans certains pulsars et magnétars, la pression devient si grande que les neutrons se déforment pour devenir une sorte d’empilement de cubes. Ce serait un peu comme ont tendance à le faire des oranges empilées et tassées fortement. Une explication publiée dans un article sur arXiv donné en lien ci-dessous.

Cela se produirait lorsque la densité de la matière nucléaire dans une étoile à neutrons atteindrait les 1015g/cm3. En prenant cette forme de cube, le volume individuel des neutrons diminuerait de 24%.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Magnet10
Une illustration d'artiste d'une étoile à neutrons, ici un magnétar.
© Nasa/CXC/M.Weis
* Cubic neutrons
* Un cours sur les étoiles à neutrons

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 25 août 2011 à 14h31
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/arxiv-larchive-scientifique-mondialement-celebre-a-20-ans_32920/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyJeu 8 Sep 2011 - 21:16

Des rayons X pour graver des circuits supraconducteurs

D’après les travaux d’un groupe de chercheurs de l’université de Rome, « La Sapienza », on peut modifier à volonté l’état supraconducteur d’un cuprate à l'aide de rayons X. On devrait pouvoir ainsi graver des circuits supraconducteurs et les modifier à volonté.

L’année 2011 (Année Internationale de la Chimie) fête l’anniversaire de la découverte de la supraconductivité, il y a cent ans. Si l’on comprend bien les matériaux supraconducteurs classiques, on a toujours du mal à y voir clair chez les supraconducteurs à hautes températures critiques que sont par exemple les cuprates. De nouveaux espoirs ont été suscités par l’application des méthodes mathématiques de la théorie des cordes mais il reste encore beaucoup de travail.

En poursuivant ses travaux sur la supraconductivité des cuprates, Antonio Bianconi a découvert avec ses collègues que des faisceaux de rayons X adéquats pouvaient faire passer localement à l’état supraconducteur un cuprate contenant du lanthane, en contrôlant la position des atomes d’oxygène dopant. La découverte a été publiée dans Nature car selon les chercheurs elle ouvre des perspectives très intéressantes.

En effet, on devrait pouvoir graver des circuits dans un état supraconducteur sur ce cuprate, comme si on utilisait un stylo. Surtout, il suffit d’un courant d’air chaud sur la surface du matériau pour le ramener à un état non supraconducteur et pouvoir à nouveau graver un autre circuit. Les physiciens envisagent de pouvoir construire plus facilement avec cette technique des superconducting quantum interference devices (Squid), ouvrant une nouvelle voie pour la fabrication d’ordinateurs quantiques.

Ils mentionnent une possible application fascinante de cette découverte: un ordinateur pourrait modifier à volonté certains de ses circuits pour se rendre plus efficace !

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Cuprat10
Un aimant flotte au-dessus d'un cuprate en phase supraconductrice, baignant dans de l'azote liquide.
© Mai Linh Doan, Wikipédia
* Evolution and control of oxygen order in a cuprate superconductor

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 5 septembre 2011 à 12h31
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/en-bref-des-rayons-x-pour-graver-des-circuits-supraconducteurs_33210/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyJeu 8 Sep 2011 - 21:49

Plus près de la boîte à photon d'Einstein...

Les chercheurs du laboratoire Kastler Brossel viennent à nouveau de réaliser une première mondiale en réussissant une expérience d’asservissement quantique avec une cavité micro-onde de haute qualité. La boîte à photon réalisée se rapproche un peu plus des conditions nécessaires pour réaliser la fameuse expérience de pensée d’Einstein et devrait être utile dans le domaine de l’information quantique.

On a déjà décrit dans un précédent article une expérience de pensée proposée en 1930 et souvent désignée sous le nom de boîte d'Einstein. Déjà en 2007, Serge Haroche et ses collègues avaient exposé dans Nature exposant les résultats de leurs travaux utilisant une cavité micro-onde où s'observait à l’aide d’une mesure non destructrice un photon unique. Il s’agissait d’un pas significatif pour réaliser la fameuse expérience de la boîte à photon d’Einstein, que celui-ci croyait être une réfutation de l’interprétation orthodoxe de la mécanique quantique construite par Niels Bohr.

Les physiciens du laboratoire Kastler Brossel, toujours sous la direction de Serge Haroche, viennent de publier un nouvel article dans Nature (donné en lien au bas de l'article) dans lequel ils annoncent avoir réussi, cette fois, à contrôler le nombre de photons dans la cavité micro-onde et à le maintenir constant. À la manière de la boucle de rétroaction entre un thermostat et un radiateur chauffant une pièce à température constante, les chercheurs ont réussi à créer une telle boucle pour maintenir constant l’état quantique du nombre de photons dans la cavité.

Le problème à surmonter provenait du fait qu’une mesure perturbe l’état d’un système physique en mécanique quantique. Si l’on veut pouvoir faire des expériences, par exemple dans le domaine de l’information quantique où la décohérence est souvent un obstacle, c’est un atout de pouvoir stabiliser un système quantique de telle sorte que l’information physique récoltée lors d’une mesure ne modifie pas l’état du système à la fin de cette opération.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Bohr_e10
Une photographie de Bohr et Einstein, sans doute prise à la maison de Paul Ehrenfest à Leiden au Witte Rozenstraat 57 entre 1925 et 1930.
© Paul Ehrenfest, AIP Emilio Segre Visual Archives
* Real-time quantum feedback prepares and stabilizes photon number states

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 6 septembre 2011 à 10h23
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/en-bref-plus-pres-de-la-boite-a-photon-deinstein_33222/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMer 19 Oct 2011 - 18:01

Une nouvelle pièce du puzzle de la supraconductivité exotique

Les supraconducteurs non conventionnels exhibent une supraconductivité exotique. Appelés supraconducteurs à haute température critique, ils ne sont toujours pas vraiment compris. Un groupe de chercheurs du Laboratoire national des champs magnétiques intenses du CNRS vient d'apporter une nouvelle pièce à ce puzzle, qui contribuera peut-être à résoudre l’énigme.

La supraconductivité a 100 ans depuis le 8 avril 2011. Elle a fasciné bien des physiciens, comme Vitaly Ginzburg et Pierre-Gilles de Gennes, et a donné lieu à l’attribution de plusieurs prix Nobel. Si l'on a fini par comprendre ce qui rendait supraconducteur des matériaux comme le mercure, le plomb et le nitrure de niobium, qui constituent ce qu’on appelle des supraconducteurs conventionnels, il n’en est pas de même pour d’autres matériaux exotiques. Ainsi, on ne comprend toujours pas vraiment pourquoi les cuprates peuvent rester supraconducteurs à des températures dépassant celle de l'azote liquide, qui est de 77K (kelvins).

Voilà qui est très frustrant car l’on aimerait bien avoir des indices pour créer des supraconducteurs non conventionnels à température ambiante. Certes, il est déjà très intéressant pour des applications industrielles de rendre supraconducteur le YBa2Cu3O7 à 92K, et donc de pouvoir utiliser l’azote liquide plutôt que l’hélium, alors que le mercure et le plomb ne le deviennent qu’en dessous de 4,2K et 7K respectivement.

Mais on aimerait faire beaucoup mieux... De la supraconductivité à température ambiante révolutionnerait notre vie de tous les jours, comme on peut le voir dans les vidéos du site SupraDesign.


Si la supraconductivité existe à température ambiante, imaginons-la sous forme de
textiles dans des accessoires de sport. Et voici un sac à dos qui ne frotte plus,
des semelles lévitantes ou des genouillères sans contact avec la peau...
© ENSCI-SupraDesign/YouTube
Une compétition entre plusieurs ordres électriques ?
L’article publié dans Nature par des membres du Laboratoire national des champs magnétiques intenses du CNRS (Grenoble), en compagnie de collègues canadiens, ne permet toujours pas de résoudre l’énigme des supraconducteurs à haute température critique découverts en 1986 par Bednorz et Müller. Mais en soumettant un de ces cuprates, plus précisément du YBaCuO, à des champs magnétiques particulièrement intenses (des milliers de fois plus puissants que ceux des petits aimants qu'arborent les réfrigérateurs ménagers), les chercheurs ont bel et bien découvert une nouvelle pièce du puzzle qui contribuera peut-être à sa résolution.

D’après des mesures faites par résonance magnétique nucléaire, il semblerait que les électrons du cuprate soumis à ces forts champs magnétiques s’ordonnent pour former des sortes de filaments rectilignes ou « stripes ». De telles structures en bandes de charges, ou pour le moins analogues, ont déjà été observées dans des matériaux faiblement supraconducteurs mais jamais vraiment mis en évidence dans des matériaux qui le sont de façon « robuste ». On aurait donc là une preuve que ce type d’ordre apparaît chez tous les cuprates. Or, selon certains, plusieurs mécanismes produisant des structures dans les distributions de charges entreraient en compétition lors du changement de phase conduisant à l’apparition de la supraconductivité. On aurait donc identifié au moins un acteur du phénomène. Un pas de plus sur un long chemin...

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Heike_11
Le découvreur de la supraconductivité, le prix Nobel de physique Heike Kamerlingh Onnes.
© Museum Boerhaave
* Magnetic-field-induced charge-stripe order in the high-temperature superconductor YBa2Cu3Oy
* Un site sur les 100 ans de la supraconductivité

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 16 septembre 2011 à 16h25
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/une-nouvelle-piece-du-puzzle-de-la-supraconductivite-exotique_33441/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyVen 28 Oct 2011 - 0:06

Supraconductivité, design et lévitation… Une interview de Julien Bobroff

Cent ans après la découverte de la supraconductivité par le Hollandais Heike Kamerlingh Onnes, des étudiants en design et des physiciens se sont réunis autour du phénomène de la lévitation supraconductrice. Résultat: un étonnant site et une exposition, baptisés SupraDesign. Venez la découvrir avec Julien Bobroff, professeur à l'Université Paris Sud et responsable au CNRS de l'organisation de l'Année de la supraconductivité 2011.

Le 8 avril 1911, le Hollandais Heike Kamerlingh Onnes mesurait avec son assistant Gilles Holst la résistance électrique du mercure refroidi par de l’hélium liquide. Ce jour-là, ils découvrent la supraconductivité en observant qu'à 4,2K la résistivité du mercure est nulle.

Le phénomène va passionner des générations entières de chercheurs et des théoriciens de premier calibre s’attaqueront à sa compréhension comme Lev Landau et Richard Feynman. Ce n’est que grâce à la mécanique quantique, avec la fameuse théorie BCS, que l’on comprendra enfin les événements se déroulant dans les supraconducteurs dits conventionnels.

De nos jours, les supraconducteurs sont présents dans de nombreux domaines. On peut citer l’électronique, l’imagerie médicale, les aimants du LHC, les Squids, des capteurs magnétiques ultrasensibles et l’on spécule même sur les propriétés supraconductrices du vide ou d’éventuelles cordes cosmiques.

Devant les propriétés remarquables des supraconducteurs (permettre de transporter de l’énergie électrique sans perte ou de générer de puissants champs magnétiques par exemple), on se mit à rêver d’une technologie nouvelle, utilisable dans la vie de tous les jours.

Il faudrait pour cela que la supraconductivité puisse être obtenue non pas avec des matériaux refroidis à quelques kelvins mais à température ambiante ou presque. L’espoir d’obtenir rapidement cette technologie grandit en 1986 avec la découverte des supraconducteurs à hautes températures critiques par Georg Bednorz et Alex Müller. On cherche depuis lors à comprendre ces matériaux, tels les cuprates, dans lesquels une phase supraconductrice apparaît à « seulement » quelques dizaines de kelvins.


Vidéo sur la découverte de la supraconductivité et ses applications.
© CNRS Images/INP/Université Paris-Diderot
Pour pénétrer en douceur dans le monde fascinant de la supraconductivité et se familiariser avec des concepts importants pour comprendre le phénomène, c'est-à-dire l’effet Meissner et les paires de Cooper, la vidéo ci-dessus est un bon début. Pour aller plus loin il existe une excellente conférence de Julien Bobroff, physicien au laboratoire de Physique des solides de l'Université Paris XI, consultable en ligne sur le site de l’Université Rennes 2.

Avec ses collègues, il a également mis en ligne un site incontournable pour tout savoir sur la supraconductivité, où en est la recherche à son sujet, les applications modernes et les événements organisés en France pour célébrer les 100 ans de la supraconductivité.

Surtout, Julien Bobroff est à l’origine de SupraDesign, un site Web et une exposition se tenant du 6 septembre au 19 novembre 2011 à l'espace Pierre Gilles de Gennes-ESPCI ParisTech à Paris et qui sera installée à la Cité des Sciences à Paris dans le cadre du Festival supra pendant les vacances de la Toussaint (du 22 octobre au 2 novembre).


Si la lévitation supraconductrice fonctionne un jour à température ambiante,
on pourra imaginer de nouveaux bijoux en lévitation, guidés par des crèmes
magnétiques. Le bijou n'a plus de contact avec le corps et semble
n'être retenu que par son ombre portée.
© ENSCI-Supradesign/YouTube
Il a bien voulu répondre aux questions de Futura-Sciences au sujet de ce projet pour lequel des physiciens et des étudiants en design de l'École nationale supérieure de création industrielle (ENSCI-Les Ateliers) ont imaginé ensemble où pouvaient mener les chemins ouverts par les supraconducteurs et leurs propriétés uniques de lévitation.

Futura-Sciences: Comment vous êtes-vous trouvé impliqué dans le projet SupraDesign ?

Julien Bobroff: Le CNRS m'a chargé de la mission d'organiser l’Année de la supraconductivité. Il s’agissait de profiter du centenaire de la découverte de la supraconductivité le 8 avril 1911, par Kamerlingh Onnes, pour montrer au grand public l’importance de ce phénomène qui reste un domaine actif de recherches profondes en physique fondamentale et la richesse de ses applications technologiques.

La supraconductivité a déjà des applications très concrètes dans notre vie puisque les filtres les plus performants disponibles pour les antennes relais des téléphones portables utilisent des supraconducteurs. Il existe aussi deux techniques d'imagerie médicale qui font appel à la supraconductivité: l'imagerie par résonance magnétique et la magnétoencéphalographie.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Rtema422
Le physicien Julien Bobroff dans son laboratoire.
© B. Rajeau, Photothèque CNRS-2011
F-S: Vous vous êtes donc tourné pour cela vers l’École nationale supérieure de création industrielle (ENSCI-Les Ateliers) ?

Julien Bobroff: Oui, l’un des phénomènes les plus frappants associés à la supraconductivité est celui de la lévitation magnétique. Il s’agit d’une lévitation bien différente de celle qui pourrait se produire avec de simples aimants qui se repoussent. Je me suis dit que ce serait une bonne idée de proposer à des designers de réfléchir sur des présentations pédagogiques de ce phénomène et de la supraconductivité, basées sur le design. Je leur ai demandé de réfléchir aussi à ce qui pourrait se passer dans notre vie quotidienne si l’on découvrait un jour le moyen de rendre supraconducteurs des matériaux à température ambiante, ce que l’on ne sait toujours pas faire.

F-S: Quelles ont été les réactions des responsables de l’ENSCI ?

Julien Bobroff: Ils se sont montrés très intéressés car ils cherchaient justement à établir des partenariats avec la communauté scientifique afin que leurs étudiants puissent comprendre le monde de la recherche et la méthode scientifique, avec pour but de pouvoir y appliquer leur compétence en relation avec le design justement.

F-S: Comment cela s’est-il passé concrètement ?

Julien Bobroff: Un groupe d'étudiants d’années différentes a été constitué, encadré par des designers. Ils sont venus visiter mon laboratoire à plusieurs reprises et je leur ai fait des démonstrations avec des supraconducteurs. Je leur ai appris à utiliser l’azote liquide pour faire des manipulations avec des supraconducteurs, ainsi que des rudiments de physique quantique pour qu’ils comprennent les bases du phénomène de la supraconductivité, par exemple la dualité onde-corpuscule. Ils ont réfléchi et travaillé en faisant des expériences concrètes pendant trois mois. Les élèves disposaient d’ailleurs, par exemple, de machines outils pour concrétiser leurs idées.

Comme je vous l’ai dit, ces idées devaient tourner autour de deux axes. Comment expliquer la supraconductivité au grand public en utilisant des objets de design et à quoi ressemblerait le futur avec des objets de la vie quotidienne utilisant des supraconducteurs à température ambiante, c'est-à-dire sans avoir besoin de les refroidir avec de l’azote ou de l’hélium liquide.

Une vidéo montre d’ailleurs une partie du travail réalisé avec les étudiants pendants ces quelques mois.


Si la supraconductivité existe à température ambiante, imaginons-la près du corps,
dans des accessoires de sport. Un sac à dos qui ne frotte plus, des semelles
lévitantes ou des genouillères sans contact avec la peau ? Peut-être
un jour, grâce aux textiles supraconducteurs...
© ENSCI-Supradesign/YouTube
F-S: Le résultat final est donc aujourd’hui présenté dans les vidéos du site SupraDesign, dont l'une des plus spectaculaires est celle intitulée « No contact ». On est quand même surpris: comment peut-on fixer un sac à dos sur son t-shirt à l'aide d'aimants et sans qu'il nous touche ? Comment marcher en lévitation grâce à des semelles supraconductrices ?

Julien Bobroff: Cela ne serait effectivement pas possible avec des aimants normaux, car il faut non seulement que les parties de ces objets se repoussent magnétiquement mais qu’elles restent accrochées. Les supraconducteurs sont des aimants très particuliers faisant intervenir l’effet Meissner. Un aimant classique est alors piégé par un aimant supraconducteur. Il reste accroché de façon vraiment stable tout en restant à environ 1cm. On peut ainsi faire léviter des poids de plusieurs kilogrammes.

On a demandé aux étudiants de réfléchir sérieusement à des applications vraiment réalisables. Ainsi, la possibilité de fixer des aimants aux tissus d’une chaussette pour marcher en lévitation au-dessus de semelles supraconductrices a été étudiée de façon pratique, sans disposer de véritables aimants surpraconducteurs à température ambiante cependant.

F-S: Du point de vue de l’axe pédagogique, il y a aussi « Supracircus » ?

Julien Bobroff: Effectivement, il s’agissait là d’illustrer différents aspects du phénomène de la supraconductivité avec une mallette pédagogique où des animaux de cirque issus du monde supraconducteur, une fois emplis d’azote liquide, se balancent, sont catapultés, dansent et jouent les acrobates en illustrant dans chaque scénette un phénomène physique différent. Il y a bien sûr la lévitation magnétique. On constate aussi la possibilité de permettre le déplacement d'objets supraconducteurs en lévitation sur une piste en limitant les frottements au maximum (c’est plus ou moins le principe du Maglev japonais). Et que l'on peut retourner une pastille supraconductrice avec un aimant qui, lui, reste accroché en suspension au-dessus du sol.


Un cirque où des animaux issus du monde supraconducteur sont mis en situation.
Une fois emplis d'azote liquide, ils se balancent, sont catapultés, dansent
et jouent les acrobates grâce à leurs pastilles supraconductrices.
© ENSCI-Supradesign/YouTube
F-S: Du point de vue plus théorique, sait-on expliquer ce qui se passe dans les supraconducteurs à hautes températures critiques comme les cuprates ?

Julien Bobroff: Non, la seule chose que l’on sache avec certitude c’est que la théorie BCS, qui fonctionne très bien avec les supraconducteurs conventionnels, ne s’applique pas à ces supraconducteurs. Le vrai problème est de comprendre comment se forment les paires de Cooper. Une nouvelle piste a émergé récemment avec des supraconducteurs basés sur des atomes de fer, les pnictures. Le magnétisme interviendrait pour coller ensemble deux électrons. On se demande finalement si cette explication ne s'appliquerait pas aussi aux autres supraconducteurs non conventionnels.

F-S: Une question en rapport avec le film Avatar de James Cameron. On voit flotter sur Pandora à plus de 100m des montagnes censées contenir des supraconducteurs à température ambiante. Pure science-fiction ou pourrait-on aussi imaginer un jour des objets flottants dans le champ magnétique terrestre ?

Julien Bobroff: Pour faire flotter les montagnes Hallelujah d’Avatar à 100m il faudrait disposer d’un champ magnétique de 10.000 T (teslas). Sur Terre, en laboratoire, on atteint tout juste les 100 T... Autant dire que les champs magnétiques régnant sur Pandora sont plutôt ceux que l’on pourrait trouver au cœur d'une étoile à neutrons ! Surtout, avec une telle intensité de champ magnétique, la matière normale exploserait. Il y a un autre problème: pour que l’effet Meissner soit capable de faire flotter un des blocs rocheux du film de Cameron, le champ magnétique doit varier rapidement dans l’espace, ce qui n’est pas ce que l’on observe sur Terre, par exemple.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Projet10
Des bijoux qui flottent sur votre peau sans vous toucher ? Ce sera peut-être possible un jour grâce aux supraconducteurs.
© ENSCI-Supradesign
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences Le 29 septembre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/supraconductivite-design-et-levitation-une-interview-de-julien-bobroff_33682/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyVen 28 Oct 2011 - 16:20

Le Tevatron n'ira plus à la chasse au boson de Higgs

Avant que le LHC ne commence à faire entrer en collisions des faisceaux de protons, le Tevatron était le plus grand et le plus puissant accélérateur de particules au monde. Célèbre pour sa découverte du quark top, son voyage vers l’infiniment petit prend fin ce 30 septembre 2011.

Le Tevatron était entré en service il y a vingt-huit ans. Comme son nom l’indique, son but était de faire entrer en collisions des protons et des antiprotons à des énergies de 1TeV. Équipé de deux détecteurs, CDF et D0, on espérait qu’il permette la découverte du boson de Higgs (des particules supersymétriques constituant peut-être la matière noire) et de signes de la théorie des cordes, ou pour le moins de celles de Kaluza-Klein.

Il n’a pas permis la découverte du boson de Higgs mais de poser des bornes sur sa masse et ainsi d’éliminer certaines théories, comme probablement le modèle unifié proposé par Alain Connes, basé sur des considérations de géométrie non commutative. On a cru un moment qu’il avait peut-être détecté un boson Z’ mais il a fallu déchanter. La supersymétrie et la matière noire ne se sont pas montrées non plus.


Une vidéo sur le Fermilab, le laboratoire qui était en charge du Tevatron. Pour obtenir
une traduction en français assez fidèle, cliquez sur « cc » pour que s'affichent d'abord
des sous-titres en anglais si ceux-ci n'apparaissent pas déjà. En passant simplement
la souris sur « cc », apparaîtra « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire
apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français »
puis « ok ». © Fermilab/YouTube
Par contre, le Tevatron a bel et bien permis de découvrir un sixième quark, confirmant le modèle standard des particules élémentaires et il a permis de préciser sa masse ainsi que celles des bosons W. On lui doit également la découverte de nouveaux baryons, prédits cependant par la QCD ainsi que l’observation des oscillations des mésons B, liées à la violation CP.

Peut-être déjà des neutrinos transluminiques...
Il faut mentionner aussi la découverte du neutrino tau, avec l’expérience Donut (Direct Observation of the NeUtrino Tau), et le fait que des faisceaux de protons du Tevatron ont aussi été utilisés produire les faisceaux de neutrinos étudiés avec l’expérience Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search), laquelle montrait déjà des signes de possibles neutrinos transluminiques dont on discute beaucoup aujourd’hui avec les résultats énigmatiques d’Opera.

L'aventure continue pourtant pour plusieurs des chercheurs ayant travaillé au Tevatron puisqu'on les retrouve maintenant au LHC, dans les équipes analysant, par exemple, les résultats des détecteurs Atlas et CMS.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Fermil10
Une vue aérienne du Fermilab et du Tevatron.
© Fermilab
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 30 septembre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/le-tevatron-nira-plus-a-la-chasse-au-boson-de-higgs_33710/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyDim 6 Nov 2011 - 18:46

Du carbone amorphe aussi résistant que du diamant

Des chercheurs du laboratoire de géophysique de l’Institut Carnegie ont découvert une nouvelle forme de carbone. Bien qu’obtenue à partir du carbone vitreux, il s’agit d’une forme allotrope amorphe mais possédant des propriétés mécaniques comparables au diamant.

Le diamant est un exemple de ce qu'on appelle l'allotropie. Bien que composés tout les deux d'atomes de carbones, deux morceaux presque purs de diamant et de graphite n'ont pas les mêmes propriétés. On obtient normalement le diamant à partir de carbone soumis à de hautes pressions mais on sait aussi l'obtenir avec de la tequila ou le mettre sous la forme d'un aérogel.

Le carbone vitreux, lui, a été découvert dans les années 1950. Bien que possédant des propriétés analogues à celles du verre, il ne s’agit pas vraiment d’une forme de carbone amorphe. Très résistant, il ne l’est pourtant pas autant que le diamant mais tout de même bien plus que le graphite. On l’emploi depuis des années car il possède une excellente résistance à une vaste gamme d'environnements chimiques agressifs. On peut donc l’utiliser à la place de métaux précieux pour les équipements de laboratoires, par exemple pour des électrodes.

Du carbone vitreux au carbone allotrope amorphe
Les physiciens du solide du laboratoire de géophysique de l’Institut Carnegie ont soumis du carbone vitreux à des pressions supérieures à 400.000 atmosphères. Le produit obtenu, bien qu’amorphe, contrairement au carbone vitreux, s’est révélé avoir des propriétés de résistance mécanique comparables à celle du diamant.

Ainsi, comprimé sous une pression de 600.000 atmosphères dans une direction, la nouvelle forme allotrope du carbone en supporte une de 1,3 million d’atmosphère dans une autre direction. Seul le diamant était jusqu’ici connu pour être capable d’une telle performance. Si cette propriété persistait selon d’autres directions, le nouveau carbone serait préférable au diamant dans certaines applications. Il n’est pas capable, en effet, d’atteindre les mêmes performances de façon isotrope.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Carbon10
Un barreau de carbone vitreux.
© smart-elements.com
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 17 octobre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/chimie-1/d/du-carbone-amorphe-aussi-resistant-que-du-diamant_34060/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMer 9 Nov 2011 - 16:26

Des nanocomposants électroniques se reconfigurent à volonté !

Imaginez des ordinateurs capables de reconfigurer une partie de leurs circuits électroniques pour devenir plus performants. Cela arrivera peut-être dans un avenir proche grâce aux matériaux basés sur des nanoparticules, découverts par des chercheurs de la Northwestern University.

Les circuits électroniques des ordinateurs ne sont pas forcément bien adaptés aux calculs que l’on se propose de mener avec. On a ainsi conçu des puces électroniques spécialement pour effectuer certaines simulations numériques ou pour le traitement de certains problèmes. Récemment, IBM a révélé un modèle de puce cognitive par exemple.

Des ordinateurs qui seraient capables de modifier une partie de leurs circuits à volonté seraient certainement utiles. Les tenants de la singularité technologique salueraient sans aucun doute des ordinateurs intelligents et conscients capables d’évoluer en s’auto-améliorant au niveau de leurs circuits et découvrir comment atteindre des plans encore plus élevés de conscience et d’intelligence.

Des nanoparticules d'or
Une équipe de chercheurs de la Northwestern University vient de publier un article dans Nature Nanotechnology dans lequel ils annoncent avoir précisément mis au point de nouveaux matériaux à base de silicium et de polymère que l’on peut modifier à volonté. Le résultat, un seul composant électronique pouvant être reconfiguré en transistor, diode ou autre composant électronique sur demande et de façon réversible.

Il s’agit d’une illustration du pouvoir de la nanotechnologie. Des nanoparticules, qui peuvent être différentes, de 5 nanomètres de diamètre, recouvertes d’un matériau contenant des charges positives, constituent un bloc en 3D. Le tout est plongé dans une « mer » d’atomes négativement chargés balançant exactement les charges positives des nanoparticules.

Des courants et des impulsions électriques adéquates peuvent alors modifier la répartition de ces atomes négatifs pour obtenir le composant électronique désiré.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Nanote10
En appliquant des impulsions électriques au nouveau nanomatériau, de petits ions chargés négativement (en bleu) peuvent être poussés et tirés entre
les grandes nanoparticules chargées positivement (rouge) qui restent en place. Différentes régions de concentration ionique haute ou basse
permettent au matériau de devenir plus ou moins conducteur localement. En contrôlant la manière dont ces ions sont distribués, on peut
contrôler la façon dont d'autres courants circulent entre les électrodes au bord du nanomatériau,
constituant ainsi un composant électronique différent.
© Northwestern University
* Dynamic internal gradients control and direct electric currents within nanostructured materials

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 21 octobre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/des-nanocomposants-electroniques-se-reconfigurent-a-volonte_34096/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyMer 9 Nov 2011 - 16:34

Une Tour Eiffel supraconductrice en lévitation

Une Tour Eiffel lévite devant la vraie grâce à des supraconducteurs à haute température critique. On peut le constater lors des après-midi des deux derniers weekends du mois d’Octobre 2011 en allant à l’exposition du CNRS « Entrée en matière ». Profitez-en, l’entrée est gratuite !

Il y a cent ans, le physicien Kamerling Onnes découvrait une nouvelle transition de phase de la matière. Refroidie à quelques kelvins au-dessus du zéro absolu avec de l’hélium liquide, du mercure devenait supraconducteur. Aujourd’hui, on sait faire des supraconducteurs à des températures plus élevées. Mais il faut malheureusement encore se servir d’azote liquide pour provoquer le phénomène. On rêve de trouver de nouveaux matériaux qui seraient supraconducteurs à température ambiante. Notre vie quotidienne en serait transformée, comme le montrent les vidéos de l’exposition SupraDesign. En attendant, on célèbre donc la découverte de la supraconductivité de multiples manières.

Du 22 octobre au 2 novembre, se déroule le grand festival de la supraconductivité à la Cité des Sciences avec des interventions de chercheurs mais aussi des animations pour enfants.


La Tour lévite grâce à des pastilles supraconductrices. Les supraconducteurs, une fois
refroidis dans de l’azote liquide à -196°C, conduisent parfaitement le courant
électrique et expulsent les champs magnétiques. Ils repoussent ainsi
les aimants et font léviter la Tour. www.supraconductivite.fr
© J. Bobroff 2011/YouTube
Après SupradeSign et le Magsurf, Julien Bobroff et ses collègues vous invitent maintenant les samedis après-midi et dimanches après-midi, de 13h30 à 18h30, à venir assister à une spectaculaire expérience de Tour Eiffel en lévitation sur un supraconducteur refroidi à l’azote liquide. C’est une coproduction CNRS-Universite Paris 11, conçue par Alexandre Echasseria un élève de l'ENSCI, bénéficiant des conseils de Julien Bobroff et Frédéric Bouquet (LPS, Orsay).

Pour voir la Tour Eiffel en lévitation, il faut vous rendre dans une grande structure installée au-dessus des jardins du Trocadéro à Paris, face à la Tour Eiffel. Elle abrite l’exposition « Entrée en matière ».

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Eiffel10
La Tour lévite grâce à des pastilles supraconductrices. Les supraconducteurs, une fois refroidis dans de l’azote liquide à -196°C, conduisent parfaitement
le courant électrique et expulsent les champs magnétiques. Ils repoussent ainsi les aimants et font léviter la Tour. www.supraconductivite.fr
Conception: Alexandre Echasseriau Conseillers scientifiques: Julien Bobroff, Frédéric Bouquet
(LPS, Orsay) Partenariat CNRS - Université Paris Sud - Supra2011
© J. Bobroff, LPS
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 21 octobre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/en-bref-une-tour-eiffel-supraconductrice-en-levitation_34154/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyVen 18 Nov 2011 - 21:48

Norman Ramsey, à l'origine des horloges atomiques, nous a quittés

Les horloges atomiques du GPS de Galileo et l’imagerie par résonance magnétique nucléaire se sont développées grâce à ses travaux qui lui ont valu le Prix Nobel de Physique. Norman Ramsey vient de décéder à l’âge de 96 ans.

Leon Lederman a reçu son Prix Nobel pour ses travaux ayant conduit à l’identification des neutrinos muoniques. Ce sont des neutrinos similaires qui ont peut-être dépassé la vitesse de la lumière pendant l’expérience Opera. La mesure de la vitesse de ces neutrinos s’est faite avec des horloges atomiques. De son collègue, le Prix Nobel de Physique Norman Ramsey qui vient de décéder à l’âge de 96 ans, Lederman vient de déclarer: « Si vous faites une liste des plus brillants physiciens du XXe siècle, il sera parmi les meilleurs. »

Norman Ramsey avait commencé par faire des études de mathématiques et il a d’ailleurs écrit une introduction rapide au calcul différentiel et intégral. Mais son centre d’intérêt scientifique se déplaça rapidement vers la physique atomique alors naissante et le jeune homme qui était né en 1915 dans l’État de Washington traversa l’Atlantique pour aller côtoyer vers le milieu des années 1930 Rutherford et Dirac à Cambridge. Il reviendra aux États-Unis pour passer une thèse avec le futur Prix Nobel Isidor Rabi, lequel travaillait alors sur l’influence des champs magnétiques sur les faisceaux moléculaires et les renseignements que l’on pouvait en tirer sur les moments magnétiques des noyaux les constituant.

Ramsey perfectionna certains travaux de Rabi en créant ce que l’on appelle aujourd'hui la méthode de Ramsey mais dont il parle lui comme la méthode des champs alternatifs séparés. Au final il jeta des bases sur lesquelles s’élèveront les horloges atomiques et l’imagerie par résonnance magnétique nucléaire.

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Norman Ramsey devant un dispositif à faisceaux moléculaires.
© AIP Emilio Segre Visual Archives
Ses travaux se révéleront importants en particulier pour le développement des horloges atomiques à césium sur lesquelles repose la définition de la seconde et du Temps Atomique International (TAI), c'est-à-dire l'étalon de temps et l'échelle de temps de référence utilisés partout dans le monde. La seconde a ainsi été définie en 1967 lors de la 13e Conférence générale des poids et mesures comme étant la durée de 9.192.631.770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.

Des masers à hydrogène pour Voyager et le GPS
Norman Ramsey lui-même, en compagnie de son étudiant de l’époque Daniel Kleppner, construira en 1960 la première horloge atomique basée sur un maser à hydrogène. Ce type d’horloge a été utilisé pour faire des tests précis de la Relativité générale, en particulier avec l’expérience Gravity Probe A, celle qui a précédé la sonde Gravity Probe B. Sans ces horloges qui ont servi à déterminer précisément leurs positions avec des radiotélescopes, les sondes des missions Voyager n’auraient pas pu effectuer leur navigation dans le Système solaire et permettre d’explorer les planètes ardentes d’André Brahic.

Les horloges avec maser à hydrogène nous concernent plus directement puisque ce sont elles qui équipent les satellites du programme Galileo. Quand nous utiliserons le GPS européen, il faudra donc avoir une pensée pour Norman Ramsey...

Du côté de la physique fondamentale, on pourrait bien avoir des surprises car là encore, l’horloge de Ramsey va être employée par le Cnes pour créer l’ensemble d’horloges atomiques spatiales le plus précis du monde (une erreur d’environ 1s tous les 300 millions d’années).

ACES (Atomic Clock Ensemble in Space), composé donc d’un maser à hydrogène et de Pharao, horloge spatiale de nouvelle génération à atomes de césium refroidis par laser, ne devrait pas tarder à rejoindre l’ISS. Avec ACES, les physiciens entendent bien vérifier si la constante de structure fine, une constante fondamentale, ne varie pas lentement dans le temps.

On mesure donc à quel point le Prix Nobel de Physique attribué à Norman Ramsey en 1989 était pleinement justifié.

Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 Norman10
Le Prix Nobel de Physique Norman Ramsey, né en 1915, est décédé à l'âge de 96 ans. Sportif, il continuait à faire du ski
après le remplacement de son genou au début des années 1980 et il poursuivait son travail
sur la structure du neutron au début des années 2000.
© Adrienne Kolb, Fermilab History & Archives Project
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, le 9 novembre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/norman-ramsey-a-lorigine-des-horloges-atomiques-nous-a-quittes_34506/

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MessageSujet: Re: Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique...   Regard sur l'univers de la physique et l'Astrophysique... - Page 2 EmptyVen 25 Nov 2011 - 1:53

On a créé de la lumière à partir du vide

Une équipe internationale de chercheurs vient de prouver que l’effet Casimir dynamique est bien une réalité, en transformant des paires de photons virtuels du vide en véritables grains de lumière. Le physicien Paul Davies a montré que ce phénomène a des liens avec le rayonnement Hawking et l’effet Unruh.

Les équations de la mécanique quantique prédisent que le vide ne l’est pas vraiment mais qu’il est continuellement agité par des paires de particules violant temporairement la loi de la conservation de l’énergie en se matérialisant brièvement avant de replonger dans le néant. Ces particules ne peuvent être observées directement mais leur présence est bien réelle comme l’ont montré, par exemple, les expériences avec l’effet Casimir.

Dans le cas de l’effet Casimir dit statique, on constate qu’entre deux miroirs séparés par une très courte distance, il apparaît une force d’attraction résultant de la modification de l’état des fluctuations quantiques du champ électromagnétique présent partout dans l’Univers, même en l’absence de charges électriques. Ce ne sont cependant que des photons virtuels qui rendent compte de ce fascinant phénomène laissant rêver, un jour, d’une possible exploitation de l'énergie du vide quantique.

En 1970, le physicien Gerald Moore était toutefois arrivé à une autre surprenante conclusion. Le mouvement accéléré d’un miroir, par exemple lorsqu’il effectue des oscillations à hautes fréquences, peut faire passer les photons virtuels directement inobservables du vide quantique à l’état de particules réelles. Concrètement, cela signifie qu’il suffirait de faire vibrer un miroir dans le vide pour éclairer une pièce.

Ce phénomène décrit pour la première fois par les équations de Moore sera appelé effet Casimir dynamique par Julian Schwinger, le Prix Nobel de Physique auteur de la première démonstration du théorème CPT.


Le principe de l'effet Casimir dynamique est, en simplifiant grossièrement, un peu
similaire à celui d'une balançoire. En vibrant, la surface d'un miroir donne en
quelque sorte des coups aux photons virtuels, violant la conservation de
l'énergie temporairement donc normalement inobservables. Ces chocs
donnent donc de l'énergie permettant aux photons de devenir réels,
de la même façon que le mouvement d'oscillation d'une personne
est amplifié lorsqu'elle se balance avec une balançoire. Des
photons réels peuvent ainsi s'accumuler dans une cavité
formée de parois réfléchissantes dont l'une vibre.
© rob4jp-YouTube
L’effet Casimir serait resté anecdotique si l’effet Unruh et l’effet Hawking n’avaient pas été découverts, là aussi théoriquement seulement, au début des années 1970. Dans le premier cas, un observateur en mouvement uniformément accéléré par rapport à un référentiel au repos devrait voir un bain de particules ayant les caractéristiques d’un rayonnement de corps noir, d’autant plus chaud que son accélération est forte, alors que pour un observateur au repos, il n’existe rien de tel. De même, en partie à cause du principe d’équivalence de la relativité générale, un observateur proche de l’horizon d’un trou noir et subissant l’accélération de la gravité devrait voir un rayonnement du même type. Dans les deux cas, il se produit une création de particules réelles à partir des paires de particules virtuelles du vide quantique.

Or, ces deux phénomènes ont été reliés à l’effet Casimir dynamique par le physicien Paul Davies, bien connu de nos jours pour ses ouvrages de vulgarisation et ses implications dans des recherches sur la biologie quantique et l’exobiologie. Il a ainsi cosigné l’article polémique faisant état de bactéries utilisant peut-être l’arsenic à la place du phosphore.

Un miroir qui vibre à 1/4 de la vitesse de la lumière
L’effet Hawking conduisant à l’évaporation des trous noirs n’a malheureusement pas été observé, pas même au LHC, mais il semblerait qu’on puisse en créer un analogue, par exemple dans une fibre optique. On comprend donc que la publication dans Nature et sur arXiv d’un article annonçant que l’on a bel et bien observé pour la première fois l’effet Casimir dynamique soit une bonne nouvelle car elle donne un peu plus de crédit aux calculs concernant les rayonnements Hawking et Unruh.

Mais pourquoi a-t-il fallu attendre presque quarante ans avant que l’on puisse observer cet effet Casimir dynamique ? Tout simplement parce qu’il faut que les mouvements du miroir s’effectuent à une fraction notable de la vitesse de la lumière ! Pour contourner cet obstacle, les physiciens ont fait appel à la supraconductivité.

Ils ont couplé un SQUID (Superconducting QUantum Interference Devices) avec une ligne constituant un guide d’onde microscopique. Le circuit supraconducteur se trouvant à une extrémité de cette ligne de transmission, il se trouve que modifier l’état du SQUID, donc ce qu’on appelle les conditions aux limites pour une telle ligne, équivaut à avoir un miroir en mouvement à un quart de la vitesse de la lumière à cette extrémité.

Le signal micro-onde qui se forme à l’autre extrémité de la ligne en modifiant l’état du SQUID plusieurs milliards de fois par seconde apparaît alors conforme à ce que l’on attendrait d’un vrai miroir vibrant dans le vide selon l’effet Casimir dynamique. Il semble donc que l’on ait bel et bien créé de la lumière à partir du vide…

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Le physicien Paul Davies a connecté l'effet Casimir dynamique à la création de particules en espace-temps courbe.
© Arizona State University-Tom Story
* Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences Le 24 novembre 2011
Source Actualité Futura-Sciences: http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/effet-casimir-dynamique-on-a-cree-de-la-lumiere-a-partir-du-vide_34780/

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