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Accueil du site > Actualités > Technologies > Quoi de neuf en « physique » ?

Quoi de neuf en « physique » ?

Brèves en cosmologie, astronomie, physique quantique

- En bref : le LHC devrait démarrer en juillet

Si la date exacte de circulation des premiers faisceaux dans le LHC lui-même est encore inconnue, on sait déjà que des particules circuleront à partir du 21 mai dans un premier système d’accélération constitué par le Synchrotron à protons et le Super Synchrotron à protons. En sortie elles atteindront des énergies de l’ordre de 450 GeV.


- Le paradoxe de la coupure GZK ne débouche pas sur une nouvelle physique...

En 1966, Kenneth Greisen de l’université Cornell et indépendamment Georgiy Zatsepin et Vadim Kuzmin de l’insitut de physique Lebedev de Moscou eurent la même idée suite à la découverte du rayonnement de fond diffus (CMB) par Penzias et Wilson. Si des rayons cosmiques d’énergies suffisantes se propagent dans l’Univers, ils finiront par entrer en collision avec les photons à 2,7 K du rayonnement fossile en donnant des pions. Ainsi, il se produira une coupure dans la courbe donnant le flux de rayons cosmiques arrivant sur Terre lorsque l’on s’approchera des énergies de l’ordre de 1020 eV, celles correspondant au choc avec les photons du fond diffus.

Le détecteur de rayons cosmiques HiRes de l’université de l’Utah confirme son accord avec les observations d’un autre détecteur, celui d’Auger dans la Pampa en Argentine. La limite prédite par Greisen, Zatsepin, Kuzmin concernant les énergies observables dans les rayons cosmiques tient bon. Les observations d’Agasa ne sont donc pas confirmées et il n’y a pas besoin de faire intervenir de la nouvelle physique au-delà du modèle standard.

- Les mésons B nous apportent-ils une nouvelle physique ?

Oscillations entre quarks au sein d’un méson Bs. Les antiparticules sont signalées par une barre au-dessus de leur lettre. Par échange de bosons, les quarks s (étranges) deviennent des t (top) puis des b (beaux). Les oscillations des deux quarks étant liées, le méson Bs devient un anti-Bs.

Le mois dernier on concluait à la conformité de l’asymétrie entre matière et antimatière avec le modèle standard à partir de calculs non-linéaires. Les dernières expériences semblent pourtant constater que l’asymétrie est plus grande que celle prévue par le modèle standard, obligeant à tenir compte de nouvelles dimensions ou de nouvelles particules à la portée du LHC : enfin une nouvelle physique, appuyée sur l’expérimentation et plus seulement spéculative !

Une asymétrie dans le comportement de certains mésons B intrigue les physiciens. Selon certains, la violation de la symétrie CP observée avec ceux-ci n’est pas compatible avec les équations du modèle standard. Une nouvelle physique devrait intervenir, comme de la supersymétrie ou des dimensions spatiales supplémentaires, et elle serait donc observée pour la première fois en accélérateur.

Ces oscillations entre matière et antimatière sont responsables d’effets violant la symétrie CP dans les produits de désintégration. En clair, un peu plus de matière que d’antimatière (ou vice versa) est produite avec des nombres égaux de mésons Bs et d’antimésons Bs initiaux. Ce que les analyses de l’équipe montrent, c’est que l’asymétrie obtenue dépasse les bornes autorisées par la matrice CKM !

Les cas enregistrés sont encore trop peu nombreux pour conclure que l’effet observé n’est pas une simple fluctuation statistique due au hasard. Les physiciens restent donc prudents mais, selon eux, le phénomène observé avait seulement 0,3 % de chances d’être un effet du hasard.

Une équipe japonaise travaillant sur la collaboration Belle vient elle aussi de publier les résultats d’études sur les oscillations des mésons B dans Nature et elle trouve à nouveau une violation CP plus importante que ne le permet le modèle standard. Tout ceci est de bon augure car ces observations signifient que les chances d’aboutir à une nouvelle physique grâce au LHC sont en train d’augmenter !

- Un méson se désintègre en proton et antineutron

Ce qui est troublant dans ce qui n’est qu’une confirmation du modèle standard, c’est non seulement de voir que les particules se transforment les unes dans les autres mais qu’une particule se désintègre en éléments plus lourds, qu’un quark et un antiquark peuvent se transformer en plusieurs quarks-antiquarks !

Les mésons sont des particules composées d’un quark et d’un antiquark. Les physiciens des particules de la collaboration CLEO viennent d’observer une désintégration rare d’un d’entre eux, un méson charmé. C’est une désintégration particulièrement remarquable car elle donne un proton et un antineutron.

Les mésons D créés par les collisions des faisceaux, possédant des énergies moyennes de 3 à 5 GeV par particule, n’existent que de façon extraordinairement fugace car, en moins d’un millième de milliardième de seconde, ils se désintègrent selon différents modes en donnant d’autres hadrons et même des leptons.

Le physicien John Yelton est parvenu, avec l’aide de ses collègues, à observer ce que la théorie prédisait depuis plus de 30 ans mais que personne n’était arrivé à faire jusque-là : la désintégration de certains mésons D en un proton et un antineutron (l’antiparticule du neutron, neutre comme lui mais formée de trois antiquarks).

- Un supraconducteur à haute température critique... avec du fer !

Article intéressant sur la supraconductivité à "température ambiante" (maximum 138 K et ici 26 K au-dessus du zéro absolu, loin de notre véritable température ambiante !).

Ces matériaux prometteurs étaient jusque-là confinés à des composés du cuivre mais des chercheurs japonais viennent d’en réaliser à l’aide d’un matériau basé sur du fer.

La théorie basée sur les phonons échoue complètement. En revanche, il se pourrait bien qu’une des théories alternatives proposées pour expliquer la supraconductivité des cuprates, basée sur des fluctuations de spin et qui avait finalement échoué, soit cette fois pertinente pour expliquer le cas des composées analogues aux LaOFeAs, d’après Haule. Il semble d’ailleurs que des résultats expérimentaux préliminaires du groupe de Tokyo aillent bien dans ce sens.

- Couplage spin-orbite

La spintronique se complexifie. En effet on vient de mettre en évidence que la nouvelle nano-électronique à base de nanotubes de carbone doit tenir compte des différentes combinaisons du spin de l’électron avec son orbite, les interactions de leurs champs magnétiques produisant 4 niveaux différents d’énergie selon que ces champs se renforcent ou s’annulent.

En violet, le moment cinétique orbital d’un électron tournant dans un sens, dans la paroi du nanotube de carbone, en vert le spin de l’électron. Il apparaît donc 4 combinaisons possibles responsables de différents niveaux d’énergie en fonction des champs magnétique (B) et électrique. En ordonnée, le champ électrique se traduit en fait par une différence de potentiel V entre les deux extrémités du nanotube considéré.

Profitons-en pour signaler que le graphène s’impose de plus en plus comme la base d’une nouvelle (nano-)électronique en remplaçant du silicium. Les fullerènes se révèlent aussi très performants dans le stockage de l’hydrogène. Sans compter les usages dans les supercondensateurs, etc. On fait de tout avec des nanotubes de carbone, même des nanoradios, c’est vraiment la mine d’or des nanotechnologies.

- Des photons "intriqués" pour améliorer notre vision des choses ?

L’imagerie quantique est limitée par le caractère probabiliste de la physique quantique qui introduit beaucoup de bruit ou de flou dans les images. L’idée, ici, c’est d’utiliser l’intrication quantique pour éliminer les photons aléatoires en certifiant les photons reçus et en rejetant les autres. Effectivement l’intrication quantique n’étant pas de nature probabiliste mais exacte et certaine, c’est une grande idée de l’utiliser pour dépasser les fluctuations quantiques. La vérification expérimentale de l’intrication a été un véritable bouleversement éliminant de nombreux délires sur l’indétermination et la causalité quantique (même s’il en a produit d’autres sur la non-localité) car on tenait là un point fixe. Ce progrès théorique se transmet désormais au niveau technique : on intrique 2 photons, on en envoie un vers l’objet à éclairer qui le reflète et lorsque l’objectif le reçoit, on vérifie s’il correspond au photon intriqué sinon on l’ignore. Ce n’est pas encore fait et on ne sait pas si le procédé pourra être assez facile à mettre en œuvre dans l’état actuel des techniques mais c’est une idée à creuser. A noter qu’on n’élimine pas ainsi les fluctuations quantiques de l’objet à observer mais uniquement la pollution lumineuse. C’est surtout pour l’ordinateur quantique et dans les communications que cette authentification pourrait être déterminante, renforçant "dramatiquement" la fiabilité grâce au filtrage des données et la correction d’erreur.

Dans le schéma de Lloyd, un photon intriqué (appelé le signal) est dirigé sur l’objet à observer, alors que l’autre (l’auxiliaire) est conservé par le dispositif d’imagerie pour référence future. Si un photon signal est réfléchi par l’objet et revient sur l’appareil, il peut être comparé à l’auxiliaire, qui maintient la mémoire de son associé intriqué. Si l’association est vérifiée, le photon est utilisé pour établir une image de l’objet, mais si l’auxiliaire n’a aucune mémoire du photon, il est rejeté comme étant du bruit.

- Communication par satellite photon par photon

Dans la prolongation de la brève précédente, le fait d’avoir réussi à identifier le retour de photons individuels renvoyés par un satellite ouvre à des communications sécurisés par intrication quantique.

- Simulation optique d’un trou noir ou d’un trou blanc

Au-delà de la "simulation optique" elle-même, l’intérêt ici, c’est la description d’autres équivalents aux trous noirs, par exemple l’accélération d’une cascade par rapport à la vitesse maximum d’un saumon (ce qui montre qu’à l’horizon d’un trou noir il ne se passe rien de visible), ou bien des trous noirs sonores ("trous sourds"), ou bien encore un trou blanc dans un évier : au voisinage du jet d’eau, tout est calme mais passé une zone circulaire, l’horizon du "trou blanc", tout change. Les trous noirs seraient donc modélisables par des fluides.

Les caractéristiques liées aux trous noirs sont modélisables par des fluides, comme John Wheeler l’avait fort bien compris. En effet, les équations non linéaires de la mécanique des fluides donnent lieu à des phénomènes analogues à ceux de la géométrie de l’espace-temps gouvernés eux aussi par des équations non linéaires, celles d’Einstein.

En considérant la vitesse du son comme une analogue de la vitesse de la lumière, on obtient des conditions qui ressemblent à celles d’un trou noir. On peut appliquer à l’équation du son les règles de la mécanique quantique, tout comme à l’équation de la lumière qui lui ressemble beaucoup. Il apparaît alors des quanta d’énergie sonique analogues aux quanta de lumière que sont les photons. Comme il s’agit ici de son, on parlera tout naturellement de phonons et, au lieu d’avoir un trou noir, on aura un trou sourd (on parle aussi de trou noir acoustique), susceptible d’émettre un rayonnement sonique de corps noir.

- Bilan du rayonnement fossile

Les analyses des cinq premières années d’observations cumulées du rayonnement de fond diffus (d’où le 5 de WMap 5) sont désormais à la disposition de toute la communauté des cosmologistes et des physiciens des hautes énergies. Pas de révolution en vue mais de quoi préciser de nombreux paramètres.

Les principaux résultats de WMap 5 peuvent être résumés de la façon suivante :

  • la constante de Hubble vaut 70,1 km/s par Mpc (mégaparsecs) +/- 1,3 ;
  • la part de la densité de l’Univers ramenée à la densité critique pour l’énergie noire est 72,1 % +/- 1,5 ;
  • la part de la densité de l’Univers ramenée à la densité critique pour la matière sombre est 23,3 % +/- 1,3 ;
  • la part de la densité de l’Univers ramenée à la densité critique pour la matière baryonique est de 4,6 % +/- 0,2 ;
  • l’âge de l’Univers est de 13,73 milliards d’années +/- 0,12 ;
  • la température moyenne du cosmos est de 2,725 K ;
  • la recombinaison s’est produite 375 900 ans +/- 3 100 après la "naissance" de l’Univers observable.

- La Terre et la Lune observées depuis Mars !


Un Terre de rechange ?

Une série de plusieurs simulations informatiques réalisées par une équipe d’astronomes de l’université de Californie de Santa Cruz montre qu’il pourrait exister une exoTerre évoluant autour d’Alpha Centauri B, une des trois étoiles qui forment le système Alpha Centauri. A 4,36 années-lumière, c’est une des étoiles les plus proches de la Terre.

Les simulations ont montré que théoriquement tout est en place autour d’Alpha Centauri B pour donner naissance à une petite planète tellurique évoluant dans la zone d’habitabilité de l’étoile. Ce qui signifie que l’eau à l’état liquide peut exister sur cette planète potentiellement habitable.



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3 réactions à cet article    


  • anuck 1er avril 2008 11:11

    Poisson d’avril  

     

    O.K Je sors.


    • Lobo 1er avril 2008 15:54

      J’ai déjà lu la plupart de ces articles sur http://www.futura-sciences.com/ donc pas vraiment poisson avril (du moins pas entièrement)


    • Jean Zin Jean Zin 1er avril 2008 17:56

      Il est certain qu’il n’y a rien de très neuf ce mois-ci et un récapitulatif des nouvelles du mois peut être considéré comme inutile par ceux qui suivent l’actualité scientifique au jour le jour, mais il s’agit d’une sélection et d’une présentation des brèves dont on donne les liens, effectivement assez souvent sur Futura-Sciences qui sont souvent les meilleurs, il n’y a pas qu’eux quand même !

      Sinon, je ne me fierais pas à la "planète de rechange" qui est très ironique car encore très spéculative et il faudrait pouvoir aller si loin...

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