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Accueil du site > Actualités > Technologies > Brèves estivales de physique

Brèves estivales de physique

Cosmologie, astronomie, physique quantique.

- Le LHC ce n’est pas la fin du monde !

Le démarrage du LHC est prévu en août. Malgré les craintes exprimées par certains, l’étude publiée démontre qu’il n’y a aucun danger car les énergies en jeu sont bien inférieures aux collisions qui ont lieu dans la haute atmosphère. Il est très peu probable que le LHC produise des trous noirs qui de toute façon ne seront pas comparables aux trous noirs massifs résultant de l’effondrement d’une étoile, et devraient donc s’évaporer immédiatement sans pouvoir attirer de la matière. D’autres risques sont examinés, celui de produire des particules étranges (strangelets, un hypothétique bloc microscopique de "matière étrange", contenant à parts presque égales les particules appelées quarks up, down et étranges) ou des monopôles magnétiques. Le plus amusant étant le risque de déstabiliser l’univers ! A chaque fois, la réfutation vient du fait que de tels événements ne se sont jamais produits dans l’univers malgré la violence des collisions qui y ont lieu.

Le LHC pourra parvenir à une énergie jamais atteinte à ce jour dans un accélérateur de particules. Cependant, cette énergie restera inférieure à celle que produit couramment la nature dans les collisions de rayons cosmiques. Des études sont menées depuis de nombreuses années pour répondre aux inquiétudes sur ce que pourraient engendrer des collisions de particules à des énergies aussi élevées. À la lumière de nouvelles données expérimentales et des connaissances théoriques actuelles, le LHC Safety Assessment Group (le LSAG – le Groupe d’évaluation de la sécurité des collisions du LHC) a réactualisé l’analyse menée en 2003 par le LHC Safety Study Group (Groupe d’études sur la sécurité du LHC), un groupe de scientifiques indépendants.

Selon certaines conjectures, l`Univers ne se trouverait pas dans sa configuration la plus stable et des perturbations causées par le LHC pourraient le faire basculer dans un état plus stable, appelé "bulle de vide" où nous ne pourrions pas exister. Si le LHC peut produire cet effet, les rayons cosmiques le peuvent aussi. Comme aucune de ces bulles de vide n’a été produite dans l’univers visible, elles ne seront pas produites au LHC.

 

- La structure de notre Voie lactée revue et corrigée

La figure ci-dessus dépeint la Voie lactée telle que nous devons dorénavant l’imaginer. En utilisant les images infrarouges du télescope spatial Spitzer, des scientifiques ont découvert que l’élégante structure en spirale de notre galaxie n’est en fait dominée que par deux bras principaux qui s’enroulent à partir des extrémités d’une barre centrale d’étoiles. On pensait précédemment que la Voie lactée possédait quatre bras principaux.

Notre soleil se trouve à proximité d’un petit bras partiel appelé le bras d’Orion, situé entre les bras du Sagittaire et celui de Persée.

- La Voie lactée vient de perdre la moitié de sa masse !

Mille milliards de masses solaires en moins, c’est ce que vient de perdre le halo de matière noire de la Voie lactée.

Le large nombre d’étoiles pris en compte a permis d’établir des statistiques plus précises et le résultat a surpris les chercheurs. La masse de la Voie lactée a été diminuée d’un facteur deux par rapport aux estimations actuelles. Elle ne serait donc plus que de mille milliards de masses solaires ! Les temps sont durs pour notre Galaxie en ce moment, après avoir vu son nombre de bras principaux diminué par deux, c’est maintenant au tour de sa masse de fondre comme neige au soleil.

On ne sait décidément pas grand-chose...

- Mars percuté par un astéroïde, il y a 4 milliards d’années

Des chercheurs annoncent l’identification d’un immense cratère sur la planète Mars. Il résulte de l’impact d’un astéroïde ou d’une comète qui serait à l’origine de l’asymétrie existante entre les deux hémisphères.

C’est sans doute le plus grand cratère du système solaire, il fait plus de 10 000 km de long, et il se serait formé à une époque où un phénomène similaire sur la Terre aurait donné naissance à la Lune, soit environ quatre milliards d’années.

- Un cratère témoin d’un fort impact vieux de 35 millions d’années

Il y a 35 millions d’années, un grand astéroïde s’est écrasé sur la Terre près de la baie de Chesapeake (côte Est des Etats-Unis), formant alors un cratère de presque 90 kilomètres de diamètre.

On avait vu le mois dernier que la terre est exposée à des chutes de météorite tous les 35 à 40 millions d’années. Il y a 65 millions d’années, cela avait provoqué la disparition des dinosaures car une météorite était tombée sur un gisement de pétrole. Il y a 35 millions d’années cela a été moins catastrophique, mais, tout de même, il y a eu de gros dégâts et nous arrivons dans cette zone dangereuse...

 

- Les excitons ou quasi-particules

Des physiciens viennent de créer un nouveau type de circuit intégré, destiné à l’optronique. Il devrait permettre, entre autres, de coupler plus efficacement les systèmes de communications optiques avec les circuits électroniques. La clé pour cette performance : des excitons.

Les excitons font partie de ce qu’on appelle en mécanique quantique des quasi-particules. Sans être des particules élémentaires, comme les photons ou les électrons, elles se comportent à peu près comme elles en raison des règles de la théorie quantique. Un exemple bien connu de quasi-particule est celui des phonons, les quanta d’excitation sonores des réseaux cristallin dans un solide.

Les excitons, eux, sont constitués d’une paire liée formée d’un électron arraché à sa localisation initiale dans un solide et du trou chargé positivement qu’il a laissé. Cette paire électron-trou se forme dans un semi-conducteur sous l’action d’un photon absorbé. La situation est représentée par le schéma ci-dessus. Comme un exciton se compose de deux particules chargées, il peut être facilement manipulé par des différences de potentiel. Lors d’une recombinaison du trou et de l’électron un photon est à nouveau produit. On est donc bien en présence d’un système qui réalise naturellement une interface commode entre systèmes de communication optique et systèmes électroniques de traitement de l’information.

- Intrication quantique d’images

On savait déjà réaliser une intrication quantique de particules, grâce à l’effet EPR, et domestiquer les fluctuations quantiques avec la lumière comprimée. Des physiciens viennent de combiner les deux pour produire des paires d’images intriquées. Des perspectives s’ouvrent en traitement de l’image et pour les ordinateurs quantiques.

Pour réaliser l’intrication des images les chercheurs ont utilisé une technique d’optique non linéaire connue sous le nom de « mélange à quatre ondes ».

A partir d’images uniques, ces chercheurs sont parvenus à produire des paires de copies intriquées, en travaillant pixel par pixel. Deux pixels d’une même image ne sont pas quantiquement intriqués, mais chacun, en revanche, est intriqué avec le pixel correspondant de l’autre image. Ainsi, la mesure de l’un d’entre eux influence instantanément l’état de l’autre sur l’image associée.

En pratique, on devrait donc pouvoir exploiter de l’information qui était jusqu’à présent inaccessible dans des images, en particulier pour des objets peu brillants.

Les images étant un moyen de communication excellent, cette découverte devrait trouver des applications pour le transfert d’informations cryptées et pour le stockage d’images dans de futurs ordinateurs quantiques.

- Un réfrigérateur quantique

L’article est un peu obscur et parle d’un "second principe" ébranlé (comme si son caractère statistique n’avait pas été démontré depuis longtemps) sous prétexte que "l’effet Zénon" (observer un objet quantique aurait pour effet de le figer) permettrait des échanges de chaleur inversées au niveau quantique, ce qui est sans doute une découverte très importante même si l’entropie n’est pas du tout remise en cause...

Un système quantique, comme un atome couplé à un champ électromagnétique ou une particule élémentaire couplée aux interactions faibles, peut dans le premier cas se désexciter pour émettre des photons ou, dans le second, d’autres particules, comme des muons et des neutrinos s’il s’agit d’un pion. Le couplage à un champ joue d’une certaine façon le rôle d’une mesure et force le système à évoluer.

L’effet Zénon est un effet inverse où l’observation répétée d’un système quantique par un appareil de mesure bloque son évolution ! Dans les deux exemples précédents, à force de regarder un atome ou un pion pour en détecter les émissions de particules, on les empêche de le faire ! Dans le cas examiné par les quatre chercheurs, on considère un système quantique échangeant de la chaleur avec un réservoir d’énergie. Il se trouve que d’après leurs équations obéissant aux lois de la mécanique quantique, selon la fréquence des observations effectuées pour déterminer si oui ou non il y a échange de chaleur, celui-ci peut effectivement se produire, mais dans un sens violant le second principe !

Le procédé théorisé par les chercheurs devrait permettre de contrôler à volonté des échanges très rapides de chaleur entre des systèmes atomiques et moléculaires, une possibilité qui certainement aura des applications en nanotechnologie.


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7 réactions à cet article    


  • K K 1er juillet 2008 19:02

    Merci pour votre rubrique toujours aussi passionnante.


    • Pierrot Pierrot 1er juillet 2008 19:41

      Article intéressant et très riche d’informations.
      Merci.
      Bonne journée.


      • Abolab 1er juillet 2008 21:29

        Do you speak english ?


        • JL JL 2 juillet 2008 15:46

          Bonjour, comme toujours, on lit avec plaisir vos brèves de physiques.

          Il faudrait que les experts nous expliquent, s’ils le peuvent, ce phénomène d’évaporation des trous noirs. Car je suppose que l’évaporation d’un trou noir est un processus indépendant de sa dimension ?


          • Jean Zin Jean Zin 2 juillet 2008 16:52

            Je ne suis pas un expert mais même les experts n’ont là-dessus que de faibles certitudes. On n’est même pas sûr que les vrais trous noirs existent, selon certains cela ne va jamais jusqu’à la "singularité". Il est presque certain qu’ils existent mais on n’en sait pas tellement dessus sinon "qu’ils n’ont pas de cheveux" (sic) ! C’est à dire que ce sont des objets lisses. Le fait que les trous noirs s’évaporent semble une conséquence logique de l’entropie et de l’incertitude quantique, mais ce n’est encore qu’un énoncé théorique, ce n’est pas une hypothèse confirmée par l’expérience. L’argument sur la non dangerosité du LHC est valable quelque soient les théories mais pas à cause de ce qu’on sait. On ne sait même pas si le LHC produira des mini-trous noirs (c’est peu probable sauf s’il y a des dimensions supplémentaires), donc on ne peut savoir s’ils s’évaporent vraiment. Les calculs semblent indiquer qu’il devraient s’évaporer immédiatement après formation car ce serait un trou noir très léger dont la force de gravitation est très petite, rien à voir avec un trou noir hypermassif résultant de l’effondrement d’une étoile et qui engloutit toutes les étoiles alentour jusqu’à nettoyer tout son espace environant. L’évaporation d’un trou noir est supposé être d’autant plus faible que le trou noir est massif, ce qui fait des temps supérieurs à l’âge de l’univers pour les véritables trous noirs alors que c’est immédiat pour les mini-trous noirs résultant de la collision de quelques protons.


          • JL JL 2 juillet 2008 19:09

            Je n’ai pas tout compris de votre réponse. Notamment, ce terme de singularité. Pour moi, ce mot est un cache misère.

            Cependant, je crois que la gravité en terme de force d’un mini trou noir n’a rien à envier à celle d’un maxi trou, seuls les diamètres de Schwarzfields sont différents. Un trou noir naturel se trouve à des distances astronomiques de ses voisins massifs : son action sur eux est donc minime. En revanche, un mini trou noir, aussi petit que l’on puisse imaginer qui se trouverait ici, sur terre, ne pourrait-il pas être le déclencheur d’un énorme machin ?

            Encore une fois, je me moque des trous noirs : Ne plus être en une fraction de seconde n’est pas une perspective qui m’empêche de dormir. Cette histoire de TN pas claire n’est passionnante évidemment, que tant que nous sommes encore là. Ce jouet est là, qu’il serve au moins à quelque chose !


          • Jean Zin Jean Zin 4 juillet 2008 09:56

            Effectivement, personne ne comprend bien ce qu’est une singularité ! C’est la conséquence du fait que l’effondrement ne pourrait pas s’arrêter. En fait pour la théorie des cordes, on ne pourrait pas aller en-dessous de la longueur de Planck mais sans singularité il n’y aurait pas de création d’un autre univers à l’intérieur d’un trou noir, ce qui semble effectivement plus raisonnable mais alors un trou noir n’est plus un objet exotique.

            Le rayon de Schwarzschild d’un mini trou noir est si petit qu’il a peu de chance d’absorber une particule dans son voisinage et, de toute façon sa masse est tellement faible qu’il s’évaporerait immédiatement, bien avant de pouvoir grossir. Il n’y a que du vide à l’échelle quantique. Le noyau est tout petit par rapport à l’atome. Un mini trou noir est encore plus petit et se trouve encore plus éloigné d’autres particules qu’un trou noir massif au milieu d’une galaxie. Aux dernières nouvelles, ce qui pourrait être inquétant c’est que le mini-trou noir se transforme en plasma de quarks dégageant une énergie assez considérable quand même, de quoi détruire au moins les instruments...

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