| | | | | | | | Xuan | | Grand classique (ou très bavard) | | 18602 messages postés |
|  Posté le 30-09-2019 à 22:48:03   
| Les découvertes les plus récentes confirment la nature dialectique des relations physiques.
On savait que l'atome est divisible, comportant électrons, protons et neutrons.
L'interaction électromagnétique permet la cohésion des atomes en liant les électrons (charge électrique négative) et le noyau des atomes (charge électrique positive).
Mais aussi que l'interaction forte permet la cohésion des noyaux atomiques en liant les protons et les neutrons entre eux au sein de ce noyau. Si cette interaction n'existait pas, les noyaux ne pourraient pas être stables et seraient dissociés sous l'effet de la répulsion électrostatique des protons entre eux (puisqu'ils sont de même signe).
Il apparaît aussi que le proton est lui-même l'objet d'une opposition phénoménale.
Science et avenir https://www.sciencesetavenir.fr/fondamental/particules/au-coeur-d-un-atome-la-pression-dans-un-proton-est-dix-fois-plus-forte-que-dans-une-etoile_124052 - 21/05/2018
Dix étoiles dans un proton. Voilà très schématiquement le résultat obtenu par une équipe de chercheurs du Thomas Jefferson National Accelerator Facility de Newport News (USA). Ils ont pour la première fois mesuré la pression qui règne au cœur d'un proton, ces particules subatomiques de charge positive nichées dans le noyau des atomes. Composé de quarks liés par des gluons, le proton est une particule très stable. L'origine de cette stabilité est l'une des questions les plus importantes de la physique moderne des particules et du nucléaire. Il était soupçonné jusqu'à présent que la pression à l'intérieur du proton était extrêmement forte. Pour la première fois, le Docteur Volker Burkert et son équipe ont pu la mesurer. Selon leurs résultats publiés le 16 mai 2018 dans la revue Nature, la valeur de la pression au centre d'un proton atteint 1035 Pa. Un 1 avec 35 zéros derrière... C'est 10 fois la plus forte pression connue dans l'univers, celle qui règne au cœur des étoiles à neutron. Nous avons dix étoiles dans chacun de nos atomes.
Pour obtenir ce chiffre très difficile à se représenter, les scientifiques américains ont commencé par chercher une autre propriété innée du proton, son facteur de forme gravitationnelle - sa structure interne en quelque sorte. Ils l'ont obtenue via un processus appelé "diffusion Compton virtuelle en régime profondément inélastique" (DVCS). En résumé, des électrons sont dirigés dans les noyaux des atomes, où ils interagissent "électromagnétiquement" avec les quarks à l'intérieur des protons. C'est cette interaction qui permet - grâce à un récent travail théorique autorisant la conversion de résultats électromagnétiques tels que ceux obtenus par la DVCS en résultats gravitationnels - de calculer la structure interne du proton. Les chercheurs ont ainsi pu établir la valeur de la pression mais aussi sa répartition. Une forte pression répulsive près du centre du proton, et une pression de liaison plus faible en périphérie.
Un nouveau champ de recherche
C'est donc une structure similaire à celle que l'on trouve dans une étoile. Les fortes pressions au centre des étoiles contrecarrent l'action de la gravité. La forte pression qui règne au sein des protons s'oppose à l'interaction forte portée par les gluons qui lient les quarks entre eux pour constituer la particule. Selon les auteurs de la publication, cette découverte ouvre un nouveau domaine de recherche sur les propriétés gravitationnelles fondamentales des particules, les protons, mais aussi les neutrons, les noyaux ou autres. Ce nouveaux champ ainsi peut donner accès à des propriétés inaccessibles jusqu'alors. Leurs rayons physiques, les forces de cisaillement internes agissant sur les quarks où, comme ici, la distribution de la pression en leur sein.
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Physique nucléaire. La pression dans un proton est dix fois plus élevée que dans une étoile
Au cœur du proton, une pression incroyable Elle est dix fois supérieure à celle d'une étoile à neutrons de la masse du Soleil.
Deux pressions concurrentes assurent une grande stabilité à la structure du neutron.
La pression qui règne au sein d'un proton est phénoménale : dix fois supérieure à celle qui règne à l'intérieur d'une étoile à neutrons de la masse du Soleil ! C'est ce que viennent de démontrer des physiciens américains du Massachusetts Institute of Technology, à Cambridge.
Pour la première fois, ils ont cartographié la distribution de la pression en tenant compte des contributions des quarks et des gluons, constituants fondamentaux du proton. Il apparaît que les quarks et les gluons situés au centre du proton produisent une pression importante vers l'extérieur, alors que près de la surface s’exerce une pression de confinement. Ces pressions concurrentes assurent une grande stabilité à la structure du proton. En mai 2018, des physiciens avaient déjà mesuré cette distribution, mais en ne tenant compte que des interactions entre quarks.
Cette fois, Phiala Shanahan et William Detmold ont utilisé des superordinateurs pour calculer les interactions dynamiques entre quarks et gluons. Ils confirment ainsi que les plus hautes pressions au cœur du proton atteignent environ 10 puissance 35 pascals, mille milliards de milliards de milliards de fois la pression atmosphérique terrestre. S. R.
- Sciences et avenir - avril 2019
Edité le 14-11-2019 à 00:04:44 par Xuan
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| Posté le 13-11-2019 à 23:41:07
| Une expérience récente montre que dans certaines conditions l'augmentation de l'entropie (passage de l'ordre au désordre dans la matière) n'est pas irréversible, mais aussi que des propriétés opposées des matériaux peuvent coexister (ou se superposer ) en se niant réciproquement et en dominant l'autre successivement. De sorte qu'une seule propriété apparaît à la fois.
Une expérience physique vient de produire un état de la matière encore jamais vu
Marcus Dupont-Besnard
https://www.numerama.com/sciences/571750-une-experience-physique-vient-de-produire-un-etat-de-la-matiere-encore-jamais-vu.html
Des scientifiques ont soumis un matériau à des impulsions laser ultrarapides. La matière s'est comportée d'une manière jamais observée jusqu'à maintenant, ce qui a d'intéressantes implications physiques.
Une équipe de dix-sept scientifiques, du MIT et d’autres universités telles que Harvard et Stanford, se sont associés pour créer une expérience physique hors du commun. À l’aide d’un laser à impulsions, ils ont généré un état de la matière totalement improbable et qui n’avait jamais été observé jusqu’à maintenant. Ils ont publié leurs résultats le 11 novembre 2019 dans le journal Nature Physics, et ils relatent les conclusions dans un article du MIT.
Pour comprendre la portée de cette recherche, il faut commencer par préciser que les changements dans la matière sont notamment définis par un passage de l’ordre au désordre. Ainsi, comme illustrent les scientifiques, lorsque vous faites fondre de la glace, nous passons d’un état ordonné à un état désordonné. Cet exemple permet de relever une loi fondamentale en physique : tout matériau auquel on ajoute de l’énergie (comme de la chaleur), passe de l’ordre au désordre. L’expérience présentée par cette équipe de scientifiques a pourtant produit exactement l’inverse : la matière est restée ordonnée après l’ajout d’énergie, mais dans une structure différente. Ce résultat, qui n’était pas prévu, a surpris les chercheurs. Les conclusions possibles sont fascinantes.
Représentation géométrique de l’onde soumise à l’impulsion laser par les scientifiques. // Source : Alfred Zong
UN NOUVEL ÉTAT ORDONNÉ SE SUBSTITUE À UN ÉTAT ORDONNÉ
Cette expérience s’appuie sur un matériau : le tritelluride de lanthane, dont la structure est naturellement ordonnée, de manière aussi stratifiée que pour du cristal. En son sein, on trouve un fluide quantique qui forme une onde chargée d’électrons se dirigeant dans une seule et même direction. Les scientifiques ont frappé le matériau avec des impulsions laser ultra-rapides. Et « ultra rapides », cela signifie ici moins d’une picoseconde, ce qui représente un billionième de milliardième de seconde pour chaque impulsion.
Lorsque le matériau est soumis à ces impulsions, alors l’onde chargée unidirectionnelle disparaît. Elle est remplacée par une autre onde… tout aussi unidirectionnelle, sauf qu’elle apparaît de manière perpendiculaire — en angle droit parfait — à l’onde qui l’a précédée. Ensuite, cette deuxième onde s’évapore à son tour et la première onde revient en une picoseconde. Il y a donc bien eu une transition structurelle. Le moins qu’on puisse dire, c’est que l’apparition d’une onde perpendiculaire est un état parfaitement ordonné de la matière. Pourtant, les scientifiques lui ont bel et bien ajouté de l’énergie avec les impulsions laser.
DES ÉTATS ORDONNÉS DE LA MATIÈRE EN COMPÉTITION
Cette découverte surprenante pourrait, selon les chercheurs, aider à révéler des propriétés invisibles dans toutes sortes de matériaux. « C’est comme si ces deux types d’ondes étaient en compétition — quand l’une se montre, l’autre s’en va » , explique le postdoctorant Anshul Kogar dans le communiqué du MIT. L’idée des chercheurs, c’est qu’il y aurait plusieurs états ordonnés de la matière en compétition constante. Plus encore, chaque matériau aurait des « états latents » , qui sont présents, mais invisibles : pour les apercevoir, il faut « supprimer l’état dominant » .
Cela signifie que la matière pourrait adopter différentes configurations selon l’énergie qu’elle reçoit. Comme l’expliquent les chercheurs, dans leur état stable les matériaux sont à leur besoin minimal en énergie. Ils adoptent la structure adaptée à ce besoin le plus minime, pour s’y installer de manière pérenne. L’ajout d’énergie pourrait, dans certains cas, révéler de toutes nouvelles structures. Et grâce à l’usage de la lumière, comme c’est le cas avec les impulsions laser dans cette expérience, il serait possible de transiter vers ces états de la matière invisibles comme si l’on utilisait un bouton on / off.
Ces découvertes s’inscrivent dans le champ de recherche de la physique expérimentale. Elles pourraient permettre de mieux comprendre le champ des possibles concernant la matière qui nous entoure : par exemple, approfondir cette piste pourrait éclairer la présence d’une « supraconductivité » (résistance électrique nulle, pouvant donc soutenir un courant électrique sans aucune perte) au sein de matériaux soumis à de fortes températures… et on pourrait même découvrir de nouveaux matériaux supraconducteurs
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Un extrait de l'article de MIT News où l'accent est mis sur la "compétition de phase" .
... «C’est comme si ces deux types de CDW étaient en compétition: quand l’une se présente, l’autre disparaît» , déclare Kogar. "Je pense que le concept vraiment important ici est la compétition de phase."
Les chercheurs disent que l'idée selon laquelle deux états de la matière pourraient être en concurrence et que le mode dominant supprime un ou plusieurs modes alternatifs est assez courante dans les matériaux quantiques. Cela suggère qu'il pourrait y avoir des états latents dissimulés dans de nombreux types d'éléments qui pourraient être dévoilés si l'on pouvait trouver un moyen de supprimer l'État dominant. C'est ce qui semble se produire dans le cas de ces états CDW concurrents, considérés comme analogues aux structures cristallines en raison des motifs prévisibles et ordonnés de leurs constituants subatomiques.
Normalement, tous les matériaux stables se retrouvent dans leurs états d’énergie minimum - c’est-à-dire que toutes les configurations possibles de leurs atomes et de leurs molécules se déposent dans l’état qui nécessite le moins d’énergie pour se maintenir. Cependant, pour une structure chimique donnée, le matériau peut éventuellement présenter d'autres configurations, à l'exception du fait qu'elles sont supprimées par l'état dominant à la plus basse énergie.
«En assommant cet État dominant avec la lumière, ces autres États peuvent peut-être être réalisés» , a déclaré Gedik. Et parce que les nouveaux états apparaissent et disparaissent si rapidement, «vous pouvez les activer et les désactiver» , ce qui peut s'avérer utile pour certaines applications de traitement de l'information.
La possibilité que la suppression d’autres phases révèlent des propriétés de matériaux entièrement nouvelles ouvre de nombreux nouveaux domaines de recherche, déclare Kogar. «Le but est de trouver des phases de matériau qui ne peuvent exister qu'en dehors de l'équilibre» , dit-il - autrement dit, des états qui ne seraient jamais réalisables sans une méthode, telle que ce système d'impulsions laser rapides, pour supprimer la phase dominante.
Gedik ajoute qu ’ « normalement, pour changer la phase d’un matériau, il faut essayer des modifications chimiques, de la pression ou des champs magnétiques. Dans ce travail, nous utilisons la lumière pour apporter ces changements. ”
Edité le 13-11-2019 à 23:51:05 par Xuan
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| Posté le 11-10-2020 à 00:10:19
| Une théorie intéressante, qui revient sur la thèse de la matière et d'un monde infinis, se transformant dialectiquement à présent sous forme d'univers successifs, mais pas nécessairement identiques, et qui ruine au passage les tentatives métaphysiques d'un "commencement de l'univers", fondées sur le big bang.
Selon ces théories tout aurait commencé avec lui et par analogie une volonté "divine" avait été associée au big bang.
Ces théories faisaient peu de cas des questions "avant le big bang" ? "Qu'est-ce qui a provoqué le big bang" ? etc.
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UN AUTRE UNIVERS EXISTAIT AVANT LE NÔTRE, SELON LE NOUVEAU PRIX NOBEL DE PHYSIQUE
Par Christian Taveira - Mis à jour le 09/10/2020 à 15:46
Publié le 09/10/2020 à 15:22
https://www.cnews.fr/monde/2020-10-09/un-autre-univers-existait-avant-le-notre-selon-le-nouveau-prix-nobel-de-physique
Pour Roger Penrose, «le Big Bang n'est pas le commencement». [Image par beate bachmann de Pixabay].
Récompensé du dernier prix Nobel de physique pour ses travaux sur les trous noirs, le Britannique Roger Penrose défend une théorie révolutionnaire sur notre univers. Selon cet éminent scientifique et mathématicien, l'univers dans lequel nous évoluons ne serait ainsi pas le premier, ni le dernier d'ailleurs.
Interrogé par le quotidien britannique The Telegraph, Sir Roger Penrose a expliqué que le Big Bang, cette grosse explosion survenue il y a environ 15 milliards d'années et qui est à l'origine du temps, de l'espace et de la matière, n'est pas été le premier à s'être produit.
«Le Big Bang n'est pas le commencement», dit-il. «Il y avait quelque-chose avant le Big Bang et ce quelque-chose est précisément ce qui nous attend dans le futur».
Pour nous permettre de comprendre, Penrose explique que l'univers est en expansion permanente. Et, selon lui, l'univers continuera de s'étendre jusqu'à ce que toute la matière qu'il contient se désintègre, laissant place à un tout nouvel univers.
UN «AEON» : UN ÂGE NOUVEAU POUR DES TEMPS INFINIS
«Nous avons un univers qui se développe et se développe, et selon cette folle théorie qui est la mienne, dans un avenir lointain toute cette masse finira par se désintégrer en un nouveau Big Bang donnant naissance à de nouveaux temps infinis».
Une succession de Big Bangs en somme que Penrose résume en employant plus précisément le terme «Aeon» qui, en grec ancien, signifie «nouvel âge» mais aussi «pour l'éternité».
L'univers que nous connaissons donc ne serait pas à lui seul infini, mais s'inscrirait en fait dans une série illimitée d'autres qui produisent cet Aeon. Mis bout à bout, ces univers à la fois nouveaux forment un ensemble infini.
LES POINTS DE HAWKING POUR PREUVE
En authentique scientifique, Roger Penrose n'avance bien évidemment pas cela, sans un minimum de preuves qui sont, d'après lui, les points de Hawking.
Le professeur Penrose y faisait d'ailleurs déjà référence dans une étude parue en 2018 dédiée à la mémoire de Stephen Hawking, dans laquelle plusieurs scientifiques et lui-même indiquaient que des formes tourbillonnantes observées dans le ciel pourraient être le signe de trous noirs ayant survécu à la destruction d’un univers avant le Big Bang.
Le prix Nobel qu'il a reçu mardi 6 octobre prouve que ses travaux sur les trous noirs et la théorie de la relativité générale vient donc prouver que cette théorie est loin d'être farfelue.
La vénérable académie Nobel a par ailleurs également décidé de distinguer un binôme composé de l’Américaine Andrea Ghez et de l’Allemand Reinhard Genzel, qui a reçu pour moitié le prestigieux Prix pour sa découverte de l’objet supermassif au centre de notre galaxie.
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| Posté le 15-06-2021 à 23:06:46
| | Une particule se transforme en son contraire
Dans les conditions de l'anneau du CERN on a observé la transformation d'une particule en son contraire, une antiparticule, dont masse est infinitésimalement plus petite.
Le modèle standard "tente d’expliquer les interactions entre les différentes particules" . Ici il s'agit des interactions au sein de la particule elle-même. Elle n'est pas la limite absolue de la matière mais se divise elle-même en deux formes opposées, et obéit donc à des éléments internes opposés qui se transforment l'un en l'autre.
Le CERN observe des oscillations quantiques pour la première fois
https://www.journaldugeek.com/2021/06/15/cern-observe-oscillation-quantique/
Science Par Antoine Gautherie le 15 juin 2021 à 10h00
Les équipes du CERN sont parvenues à mesurer une différence de masse entre une particule et son antiparticule. Une découverte qui va ouvrir des portes en physique fondamentale.
Mardi dernier, les équipes du CERN sont parvenues à démontrer que des particules subatomiques (en l’occurence un charm meson), peuvent osciller entre leur état normal, et celui d’antiparticule (une sorte d’image miroir d’elle-même, presque identique, mais dans un état quantique différent) de façon réversible. Leurs découvertes sont disponibles ici.
Certes, cela fait déjà plus de 60 ans qu’on sait que certaines particules subatomiques (c’est à dire encore plus petites que des atomes) sont capables de voyager sous forme de mélange de cette particule et de l’antiparticule correspondante. Mais ici, il s’agit bel et bien des mêmes particules qui changent d’état, et de façon réversible. Mais surtout, ces deux pendants de la même particule ont deux masses différents !
Une précision à toute épreuve
Pour obtenir ce résultat, les équipes du CERN ont du redoubler d’efforts. Au sein du fameux LHC (pour Large Hadron Collider), ils ont du produire les fameux mésons en catapultant des protons l’un contre l’autre à une vitesse faramineuse. Tout sauf simple, vu la taille des objets en question. Il faut ensuite réussir à observer les mésons produits. C’est également difficile, car ils ne voyagent que sur quelques millimètres avant de changer d’état.
Et une fois ce méson repéré, il a fallu réussir à mesurer très précisément la seule donnée dont nous sommes sûrs qu’elle joue sur cette oscillation particule – antiparticule : la différence de masse entre ces deux objets.
Là encore, c’est extrêmement difficile : cela implique de mesurer deux objets minuscules, et comme imbriqués (dans un état dit de superposition quantique). Ils ont finalement réussi, en observant la différence entre les mésons qui voyageaient “loin”, et ceux qui s’arrêtaient plus vite.
Les équipes du CERN sont ainsi parvenues à un résultat fracassant : entre la particule et son antiparticule, ils ont observé une différence de… 10^-38 grammes. Soit moins d’un milliardième de milliardième de milliardième de gramme !
Si cette différence peut paraître subtile voire anecdotique, elle revêt en fait une importance considérable; d’après PhysX, il s’agit d’une porte ouverte à l’étude de certaines des plus grandes questions de la physique, bien au-delà de notre modèle standard.
Une fenêtre en dehors du modèle standard
Ce qu’on appelle le modèle standard de la physique des particules, c’est un modèle qui régit l’infiniment petit. Il tente d’expliquer les interactions entre les différentes particules. C’est un modèle qui fonctionne très bien; il permet aujourd’hui d’expliquer et d’anticiper une grande variété de phénomènes physiques. Ce modèle standard, c’est un territoire hospitalier et rassurant pour les scientifiques. Mais plus loin, il y a cette zone d’ombre, là où le modèle standard – s’arrête. A partir de là commence un monde d’incertitude, où toute la théorie reste à défricher.
En dehors du modèle standard, toutes les suppositions sont permises et les règles eu jeu très mal connues. Forcément, cela qui rend la prospection très difficile. Maintenant que les scientifiques ont confirmé cette oscillation entre deux états quantiques, reste à trouver leur origine. Et justement, cette origine pourrait bien reposer en dehors du modèle standard. L’un des grands objectifs à venir sera donc de vérifier si ces changements sont causés par une particule du modèle standard… ou par une particule encore inconnue, qu’il faudra à son tour identifier, puis étudier. Si cette découverte est si importante, ce n’est pas parce qu’elle apporte une révolution instantanée. C’est un peu comme creuser un trou dans une banquise, où il ne reste plus qu’à jeter un hameçon pour commencer à explorer. Reste à voir ce que pêcheront les équipes du CERN à l’avenir !
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| | Xuan | | Grand classique (ou très bavard) | | 18602 messages postés |
| Posté le 19-12-2021 à 23:21:59
| A propos des nombres complexes :
Les nombres complexes sont utilisés dès la fin du 16e siècle. Mais ils trouvent déjà une application physique en électricité par exemple :
On représente le fonctionnement d'un moteur par deux axes (de bas en haut la tension ou le sens de rotation et de gauche à droite le couple ou le courant) découpant la figure en 4 quadrants, numérotés dans le sens anti horaire :
> 1er quadrant, le moteur entraîne la charge et tourne dans un sens positif - la tension et le courant sont positifs - la puissance produit des deux est positive.
> 2e quadrant, il est entraîné par la charge et tourne dans le sens positif - la tension et le courant sont de sens opposés et la puissance est négative (le moteur génère de la puissance sur le réseau)
> 3e quadrant, il est entraîné par la charge et tourne dans le sens négatif - la tension et le courant sont négatifs et la puissance est positive
> 4e quadrant, il entraîne la charge et tourne dans le sens négatif - la tension et le courant sont de sens opposés et la puissance est négative.
On remarque dans le 3e quadrant, alors que le couple et le sens de rotation sont négatifs, la puissance produit de deux négatifs est positive. Pour autant ce fonctionnement ne peut être confondu avec le 1er quadrant, et ceci a des conséquences en mathématiques et en philosophie. Il est nécessaire de créer un ensemble de nombre où l'on puisse distinguer le produit de deux nombres négatifs de celui de deux nombres positifs. Et cet ensemble suppose l'existence d'une racine carrée négative.
Cela signifie que, au delà de l'ensemble des nombres réels et contrairement à ses lois, il existe un ensemble de nombres complexes noté Z où la racine carrée d'un nombre peut être négative.
Engels donnait cette indication :
"Prenons une grandeur algébrique quelconque, par exemple a. Nions-la, nous avons - a. Nions cette négation en multipliant - a par - a, nous avons + a2, c'est-à-dire la grandeur positive primitive, mais à un degré supérieur, à la seconde puissance. Ici non plus, il n'importe pas que nous puissions obtenir le même a2 en multipliant le a positif par lui-même pour parvenir aussi à a2. Car la négation niée est si ancrée dans a2 qu'il a dans tous les cas deux racines carrées, soit a et -a. Et cette impossibilité de se débarrasser de la négation niée, de la racine négative contenue dans le carré prend une signification très sensible dès les équations du second degré." [Dialectique de la nature]
Un nombre complexe z se présente en général sous forme algébrique comme une somme a + ib, où a et b sont des nombres réels quelconques et où i (l'unité imaginaire) est un nombre particulier tel que i2 = –1. (lire i au carré).
Dans l'exemple ci-dessous, l'équation de Schrödinger présente une partie réelle et une partie complexe pour définir le déplacement d'une particule.
La théorie quantique a besoin de nombres complexes
Publié par Redbran le 17/12/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
La physique croyait pouvoir se passer des nombres complexes, qui combinent nombres réels et imaginaires. Une équipe internationale de chercheurs/euses prouve qu'ils sont au contraire indispensables en physique quantique.
https://www.techno-science.net/actualite/theorie-quantique-besoin-nombres-complexes-N21531.html
Si les postulats quantiques étaient formulés uniquement en nombres réels et non complexes, certaines prédictions concernant les réseaux quantiques ne pourraient pas être formulées correctement. Une équipe internationale, dont des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), du SIT, de l'IQOQI et de l'ICFO, montre ainsi que la théorie quantique a besoin des nombres complexes. Leurs travaux, à découvrir dans la revue Nature, ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la théorie quantique et à de potentiels développements dans le domaine de l'internet quantique.
Pour décrire la nature, les physiciens élaborent des théories. Un exemple: pour éviter de se perdre lors d'une randonnée en montagne, nous étudions généralement une carte. C'est une représentation de la montagne, avec ses maisons, ses rivières, ses routes, qui permet de trouver assez facilement son chemin jusqu'au sommet. Mais la carte n'est pas la montagne, elle est la théorie que nous utilisons pour la représenter. Les théories physiques sont exprimées en termes d'objets mathématiques, tels que des équations, des intégrales ou des dérivées. Introduite au début du 20e siècle pour représenter le monde microscopique, l'avènement de la théorie quantique a modifié la donne. Parmi les nombreux changements radicaux qu'elle a apportés, elle a été la première théorie formulée en termes de nombres complexes.
Inventés par les mathématiciens il y a des siècles, les nombres complexes sont composés d'une partie réelle et d'une partie imaginaire. Malgré leur rôle fondamental en mathématiques, on ne s'attendait pas à ce qu'ils jouent un rôle similaire en physique. La mécanique de Newton ou l'électromagnétisme de Maxwell s'appuient sur des nombres réels pour décrire, par exemple, la façon dont les objets se déplacent ou dont les champs électromagnétiques se propagent. Les physiciennes et physiciens pouvaient parfois recourir à des nombres complexes pour simplifier certains calculs, mais leurs axiomes ne faisaient appel qu'à des nombres réels. La théorie quantique, dont les postulats de base sont formulés en termes de nombres complexes, a radicalement remis en cause cet état de fait.
Schrödinger lui-même n'y croyait pas
Bien que très utile pour prédire les résultats des expériences et capable, par exemple, d'expliquer parfaitement les niveaux d'énergie de l'atome d'hydrogène, la théorie quantique se heurte à notre intuition qui privilégie les nombres réels. Schrödinger fut le premier à introduire les nombres complexes dans la théorie quantique par le biais de sa célèbre équation. Il ne pouvait pourtant pas concevoir que les nombres complexes puissent être réellement nécessaires: "est sûrement fondamentalement une fonction réelle", écrit-il en 1926. Ernst Carl Gerlach Stueckelberg, professeur à l'UNIGE, montre en 1960 que les prédictions de la théorie quantique pour les expériences impliquant une seule particule pouvaient également être formulées en utilisant exclusivement des nombres réels.
Il y avait depuis lors consensus: les nombres complexes dans la théorie quantique n'étaient qu'un outil pratique. Mais l'équipe de chercheurs/euses emmenée par Miguel Navascués, professeur à l'Institut d'optique quantique et d'information quantique (IQOQI) de Vienne, à laquelle participe Nicolas Gisin, professeur honoraire de la Faculté des sciences de l'UNIGE et professeur au Schaffhausen Institute of Technology (SIT), a prouvé le contraire grâce à une proposition expérimentale concrète impliquant trois parties connectées par deux sources de particules où la prédiction de la théorie quantique complexe standard ne peut pas être exprimée par son pendant réel.
Deux sources pour trois noeuds de mesure
Pour leur expérience, ils ont imaginé un scénario spécifique impliquant deux sources indépendantes (S et R), placées entre trois noeuds de mesure (A, B et C) dans un réseau quantique élémentaire. La source S émet deux particules intriquées, des photons, l'un vers A, et le second vers B. La source R fait exactement la même chose, émet deux autres photons intriqués et les envoie à B et à C, respectivement. Le point clé de cette étude était de trouver la manière appropriée de mesurer ces quatre photons dans les noeuds A, B, C afin d'obtenir des prédictions qui ne peuvent être expliquées lorsque la théorie quantique se limite aux nombres réels.
Marc-Olivier Renou, chercheur à l'ICFO de Barcelone et co-auteur de l'étude, commente: "Lorsque nous avons découvert ce résultat, le défi consistait à réaliser l'expérience envisagée grâce aux technologies les plus récentes. Nous avons adapté notre protocole pour le mettre en oeuvre avec les équipements de pointe de nos collègues de Shenzen, en Chine. Et, comme prévu, les résultats expérimentaux correspondent aux prédictions!". Une difficulté a été de garantir l'indépendance des deux sources S et R.
Ces travaux peuvent être considérés comme une généralisation du théorème de Bell, qui fournit une expérience quantique qui ne peut être expliquée par aucun formalisme basé uniquement sur des quantités locales (se propageant continûment de proche en proche). Ils révèlent les prédictions qu'on obtient en combinant le concept de réseau quantique avec les idées de Bell. Les outils développés dans le cadre de cette recherche ouvrent la voie à une meilleure compréhension de la théorie quantique et pourraient permettre le développement d'applications jusqu'ici inenvisageables pour l'internet quantique.
Publication:
Cette recherche est publiée dans Nature - DOI: 10.1038/s41586-021-04160-4
Contact:
Nicolas Gisin - Professeur honoraire. Faculté des sciences, UNIGE - nicolas.gisin at unige.ch
Edité le 19-12-2021 à 23:49:36 par Xuan
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| Posté le 30-01-2022 à 22:52:39
| Le site dnews fait état de la modélisation de la physique quantique à l'aide des nombres imaginaires.
Intuitivement, la nécessité d'utiliser un ensemble de nombres complexes pour modéliser la réalité à l'échelle quantique, signifie que la matière est elle-même unité de deux opposés - a et l'opposé de a en même temps - exprimée par le symbole d'une racine carrée de nombre négatif.
En d'autres termes, la réalité objective des nombres complexes constitue une illustration vivante du matérialisme dialectique.
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Première expérience au CSU excluant la mécanique quantique standard de l'ensemble des nombres réels.
Écrit par Su Zimu
2022-01-30 13:18:00
Dernière mise à jour : 2022-01-30 13:18
La première expérience de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) visant à écarter la forme réelle de la mécanique quantique standard a attiré l'attention, selon le site web de l'USTC du 29 janvier.
Pan Jianwei, Lu Chaoyang et Zhu Xiaobo de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) et le professeur Cabello de l'Université de Séville en Espagne ont collaboré pour réaliser un échange d'intrication déterministe à l'aide de lignes quantiques supraconductrices de très haute précision, prouvant ainsi avec une précision expérimentale de plus de 43 écarts-types que les nombres réels ne peuvent pas décrire complètement la mécanique quantique standard et établissent la réalité objective des nombres complexes.
Les résultats de la recherche du CSU ont été publiés dans Physical Review Letters en tant que "Editor's Choice". (Capture d'écran de Physical Review Letters)
Cette recherche a récemment été publiée en tant que "Editor's Pick" dans Physical Review Letters. Le site web Physics de l'American Physical Society et la revue Nature ont invité des experts internationaux à rédiger des articles de synthèse dans les rubriques Viewpoint et News & Views respectivement.
Les physiciens utilisent les mathématiques pour décrire les lois de la nature. En physique classique, on pouvait écrire toutes les lois en utilisant uniquement des nombres réels, et les nombres complexes n'ont été introduits subjectivement que comme un outil de calcul pratique. Avec l'avènement de la mécanique quantique, les nombres complexes ont progressivement montré une certaine inexclusivité intuitive : théoriquement, l'équation de Schrödinger et la relation de réciprocité de Heisenberg, qui sont les pierres angulaires de la mécanique quantique, étaient elles-mêmes écrites en fonction des nombres complexes ; expérimentalement, les parties réelle et imaginaire de la fonction d'onde étaient mesurées directement. Cela suggère que les nombres complexes ne sont peut-être pas un symbole informatique introduit subjectivement, mais une réalité physique qui peut être détectée expérimentalement.
La question de savoir si la physique quantique doit effectivement utiliser des nombres complexes est une question fondamentale et de longue date. Récemment, une équipe de scientifiques d'Autriche, d'Espagne et de Suisse a proposé un test pour le type d'inégalité de Bell qui vérifie la nécessité des nombres complexes en utilisant l'échange déterministe d'intrication. Les participants qui adhèrent à la physique quantique sous forme de nombres réels ne peuvent pas obtenir les limites autorisées dans la théorie quantique standard, ce qui exclut la possibilité de décrire la mécanique quantique standard sous forme de nombres réels. Grâce à un circuit quantique supraconducteur conçu et développé en interne et à une technique de manipulation quantique de haute précision, l'équipe de Pan a réalisé cette expérience pour la première fois au monde. Dans ce cadre théorique, la forme réelle du nombre a une limite de 7,66, alors que le résultat du test expérimental est de 8,09, dépassant le critère de 43 écarts types. Les résultats expérimentaux confirment la nécessité pour la physique quantique d'utiliser des nombres complexes.
Physical Review Letters indique que les premiers auteurs de l'article sont Mingcheng Chen, Chon Wang et Fengming Liu. Cette recherche a été soutenue par la Fondation des sciences naturelles, l'Académie chinoise des sciences, le ministère des sciences et des technologies, le ministère de l'éducation et la province d'Anhui.
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| Posté le 02-03-2023 à 13:37:42
| | Des chercheurs augmentent d’un milliard de pour cent la conductivité d’un matériau grâce à un nouvel état quantique
Fleur Brosseau - 28 février 2023
https://trustmyscience.com/scientifiques-boostent-conductivite-materiau-grace-nouvel-etat-quantique/
Un groupe de physiciens a découvert un nouvel état quantique au sein d’un tellurure de silicium et de manganèse (Mn3Si2Te6). Cet état particulier a permis d’augmenter d’un milliard de pour cent la conductivité électrique du matériau ! Ce nouvel état quantique pourrait conduire à un nouveau paradigme pour les dispositifs quantiques et les supraconducteurs.
Pour la plupart des matériaux, l’application d’un champ magnétique ne modifie pas leur conductivité électrique. Mais certains d’entre eux, comme le tellurure de silicium et de manganèse (Mn3Si2Te6), se démarquent du lot : en présence d’un champ magnétique, leur conductivité peut alors être considérablement augmentée — les physiciens nomment ce phénomène la « magnétorésistance colossale ». Dans ce cas, un matériau peut même passer d’un comportement d’isolant à un comportement aussi conducteur qu’un fil métallique !
Cette magnétorésistance colossale n’est pas si rare ; les matériaux qui présentent cette propriété, essentiellement des oxydes de manganèse, sont souvent utilisés dans les ordinateurs. « Elle est conventionnellement associée à une polarisation de spin induite par le champ, qui réduit considérablement la diffusion du spin et la résistance électrique. Mais le tellurure de silicium et de manganèse (Mn3Si2Te6) constituait une exception intrigante à cette règle », expliquent les chercheurs dans Nature. En effet, contrairement aux autres matériaux dotés de cette propriété, le comportement de cet alliage de manganèse, de silicium et de tellure change de manière significative en fonction de la direction du champ magnétique appliqué.
Une augmentation de sept ordres de grandeur
Les données expérimentales, présentées dans la revue Physical Review B en 2021, ont montré que le changement extrême de conductivité ne se produisait que lorsque le champ magnétique était appliqué perpendiculairement à la surface alvéolaire du matériau. Dans tous les autres matériaux présentant une magnétorésistance, l’angle du champ magnétique n’a aucun impact sur la force de l’effet.
Structure cristalline du matériau Mn3Si2Te6. © Y. Ni et al., Physical Review B (2021)
Cette spécificité du Mn3Si2Te6 a suscité un vif intérêt chez les chercheurs, qui décrivaient dans leur publication de 2021 « un type de transport électrique unique et intrigant ». « Ce phénomène défie tous les modèles théoriques existants et les précédents expérimentaux » , a déclaré Itamar Kimchi, physicien théoricien, professeur adjoint à l’école de physique de Georgia Tech, et co-auteur de l’étude décrivant la découverte.
Le matériau en question se présente sous la forme de cellules octogonales disposées en nid d’abeille et empilées en feuilles. L’équipe a découvert que dans chacune de ces feuilles, les électrons peuvent se déplacer selon des trajectoires circulaires le long des bords des cellules octaédriques, d’un sommet Te à l’autre — les chercheurs parlent de « courants orbitaux chiraux ». Ce sont ces courants circulaires qui sont responsables du comportement unique de ce matériau.
En l’absence de champ magnétique, les électrons se déplacent à la fois dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse autour de chaque octaèdre de MnTe6. Ceci occasionne des « embouteillages », qui empêchent les électrons de se déplacer rapidement dans le matériau. De ce fait, le matériau se comporte plutôt comme un isolant. Mais si un champ magnétique (d’au moins 13 teslas) est appliqué perpendiculairement à la surface en forme de nid d’abeille, un « flux de circulation » est établi et les électrons, circulant tous dans le même sens, parcourent les boucles plus rapidement : le matériau se comporte dès lors comme un conducteur.
« Les moments orbitaux de l’axe (c) des courants orbitaux chiraux du plan (ab) se couplent aux spins ferrimagnétiques du manganèse pour augmenter considérablement la conductivité » , expliquent les chercheurs — a, b et c étant les paramètres de maille du cristal. Le changement est loin d’être anodin : l’équipe rapporte une augmentation de sept ordres de grandeur de la conductivité, ce qui équivaut à une augmentation d’un milliard de pour cent !
Une transition plus lente observée via l’application de courants électriques
Les chercheurs soulignent que cette transformation d’isolant à conducteur peut également être provoquée via l’application de petits courants électriques dans le matériau. Cependant, dans ce cas, le changement ne se produit pas instantanément : il faut plusieurs secondes, voire des minutes, pour que le matériau devienne conducteur.
L’équipe pense que cette transition lente d’un état à l’autre, associée à la sensibilité du matériau aux courants, pourrait conduire à de nouvelles applications et découvertes dans le domaine des dispositifs quantiques contrôlés par le courant, tels que les ordinateurs, les capteurs et les systèmes de communication.
En attendant, Itamar Kimchi et ses collaborateurs vont pousser plus avant leurs recherches pour mieux comprendre ce nouvel état quantique et éventuellement identifier d’autres matériaux qui pourraient fonctionner de la même manière que Mn3Si2Te6.
« À l’avenir, nous espérons comprendre non seulement ce qui rend ce matériau spécial, mais aussi quels ingrédients microscopiques sont nécessaires pour que des matériaux apparentés deviennent des technologies quantiques utiles dans notre futur » , a déclaré Sami Hakani, étudiant diplômé de Georgia Tech et co-auteur de l’étude.
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| Posté le 20-04-2023 à 13:22:39
| La gravité se serait-elle transformée en lumière à l’aube de l’Univers ?
Fleur Brosseau·18 avril 2023
https://trustmyscience.com/gravite-serait-transformee-lumiere-aube-univers/
Aussi incroyable que cela puisse paraître, dans certaines conditions, un photon — une particule élémentaire sans masse — peut se transformer en une autre particule et son antiparticule, qui elles, ont une masse. Inspirés par ce processus, des physiciens théoriciens ont testé l’idée selon laquelle un graviton, le quantum hypothétique de la force gravitationnelle, pourrait lui aussi se transformer en d’autres particules, en particulier en photons.
Le modèle standard de la physique des particules, qui décrit l’ensemble des particules subatomiques (élémentaires et composées), permet d’expliquer comment celles-ci interagissent avec la matière — ces interactions dépendant de leur nature et de leur énergie. Il arrive que les particules se transforment les unes en les autres via divers processus ; mais ce n’est pas le cas du photon, le quantum d’énergie associé aux ondes électromagnétiques, car il n’a pas de masse — et ne peut donc pas, en théorie, se transformer en une particule ayant une masse.
Dans certaines conditions particulières cependant, cela devient possible : si un photon de haute énergie passe à proximité d’un noyau atomique, son énergie peut être convertie en une paire électron-positron — soit deux particules ayant une masse — dans un processus appelé « création de paires », qui est le mode dominant d’interaction des photons avec la matière. Sur la base de cet étrange phénomène, des physiciens de l’Université McGill de Montréal et de l’Université Jagellon de Cracovie, ont élaboré une théorie selon laquelle la gravité pourrait elle aussi se transformer en d’autres particules.
Une invitation à rêver, prête à être portée.
Des ondes gravitationnelles beaucoup plus fortes dans l’Univers primitif
La théorie de la relativité générale décrit la gravité comme la manifestation de la courbure de l’espace-temps, elle-même produite par la distribution de l’énergie de la matière qui s’y trouve. Mais du point de vue de la physique quantique, ces oscillations de l’espace-temps, les ondes gravitationnelles, peuvent être interprétées comme la propagation d’une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité, appelée graviton, considérée comme le quantum de la force gravitationnelle. En théorie, les gravitons se comportent comme n’importe quelle autre particule fondamentale et sont donc potentiellement capables de se transformer en d’autres particules.
Une équipe de chercheurs a entrepris de tester cette hypothèse, en n’utilisant « aucune physique au-delà du modèle standard de la physique des particules et de la gravité d’Einstein », précisent-ils. Pour ce faire, ils se sont concentrés sur les conditions de l’Univers primitif, à l’époque où aucune structure n’existait (ni étoiles ni galaxies) et où toute la matière et l’énergie étaient regroupées en un volume extrêmement dense et chaud. Dans ces conditions particulières, qui remontent à plus de 13 milliards d’années, les ondes gravitationnelles auraient joué un rôle majeur dans l’évolution de notre univers.
Les ondes gravitationnelles — prédites par Einstein en 1916 et détectées pour la première fois en 2015 — sont généralement très faibles, avec des fréquences allant de quelques kHz à quelques nHz. Elles sont « capables de faire franchir à un atome une distance inférieure à la largeur de son propre noyau », précise Live Science. Un événement cosmique tel qu’une collision de deux trous noirs se traduit quant à elle par un déplacement infime, de l’ordre de 10-18 mètres, dans les détecteurs interférométriques. Les physiciens soutiennent ici que dans l’Univers primitif, ces ondes auraient pu être beaucoup plus puissantes.
Ces ondes gravitationnelles primordiales, émises dans toutes les directions, se seraient amplifiées d’elles-mêmes, entraînant dans leur oscillation toute la matière se trouvant sur leur passage. Cet effet de résonance aurait favorisé les interactions entre les différentes particules élémentaires et la formation des premières particules composites, suivies des premiers noyaux atomiques.
Des conditions propices à une résonance plus importante
Mais ces ondes auraient également pu avoir un impact sur le champ électromagnétique environnant, en portant ce rayonnement à des énergies extrêmement élevées, jusqu’à provoquer l’apparition spontanée de photons. « Les ondes gravitationnelles induisent des termes oscillants dans les équations du mouvement pour tous les champs de matière. Dans le cas de champs de matière sans masse comme le photon, on s’attend donc à ce que ces ondes gravitationnelles puissent induire des instabilités. Ces instabilités, à leur tour, draineront l’énergie des ondes gravitationnelles », expliquent les chercheurs.
L’équipe rapporte avoir bel et bien constaté un effet de résonance d’après leurs calculs, mais dans le vide, celui-ci est très faible : la résonance ne se produit que dans la deuxième bande de résonance et est donc très inefficace. En outre, de par l’expansion de l’Univers, les ondes gravitationnelles sont de courte durée. En revanche, dans un milieu où les ondes électromagnétiques se déplaceraient beaucoup plus lentement, la résonance pourrait être beaucoup plus forte, expliquent les chercheurs.
En d’autres termes, si l’Univers primitif contenait suffisamment de matière et était suffisamment dense pour que la vitesse de la lumière soit réduite, les ondes gravitationnelles pourraient persister suffisamment longtemps pour générer plus de photons. La gravité aurait donc pu créer de la lumière, influençant de manière significative toute la formation de la matière et l’évolution de l’Univers. « Notre résultat est un premier pas vers l’étude des implications possibles de la conversion des ondes gravitationnelles via la résonance paramétrique en cosmologie et en astrophysique » , concluent les auteurs de l’étude.
Source : R. Brandenberger et al., Physics of the Dark Universe
Edité le 20-04-2023 à 13:23:02 par Xuan
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