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Les positons excédentaires pourraient provenir de la matière
noire ,après tout!
Excess positrons could come from dark matter after all
Nov 16, 2017
16 novembre 2017
Photographie de HAWC
Mountain HAWC: l'Observatoire des hautes températures de
Tchérenkov
Le mystérieux excès de positrons de haute énergie détecté
par le satellite PAMELA ne provient pas des deux pulsars proches, selon une
équipe internationale de physiciens utilisant l'Observatoire de haute énergie
de Cherenkov (HAWC) au Mexique. La découverte ouvre la porte à d'autres
explications sur l'origine des
particules - y compris la possibilité qu'elles soient créées par l'annihilation
ou la désintégration des particules de la matière noire.
Le mystère remonte à 2008, lorsque les scientifiques de
PAMELA - le premier détecteur satellitaire en orbite dans l'espace à la
recherche d'antimatière - ont signalé la détection d'un nombre étonnamment
élevé de positons à haute énergie.
Depuis lors, deux explications plausibles de ces
observations ont été débattues par des physiciens. Une possibilité est que les
positons proviennent du nuage de vent
des pulsar proches, qui sont des étoiles à neutrons à rotation rapide qui
agissent comme des accélérateurs de rayons cosmiques et produisent des courants
d'électrons et de positons. L'autre possibilité est que les positons sont
produits par des processus jusqu'alors non observés impliquant de la matière
noire proche.
Les deux meilleurs candidats aux pulsars sont Geminga et PSR
B0656 + 14, en raison de leur âge et de leur proximité. Cependant, en regardant
les rayons gamma provenant des régions autour de ces deux pulsars, l'équipe
HAWC a conclu que les deux pulsars sont entourés de nuages étendus et troubles,
que les positons ne peuvent pas traverser pour atteindre la Terre. Bien que
cela semble exclure les pulsars, cela ne prouve pas que les positrons ont des
origines de matière noire.
"[Le nouveau résultat] contraint l'explication de
pulsar, qui était la meilleure ... jusqu'à maintenant", explique
Piergiorgio Picozza de l'Université de Rome Tor Vergata, qui faisait partie de
l'équipe PAMELA.
"L'explication la plus simple a disparu et la matière
noire reste seule sur la table,
peut-être pour gagner quelques points
supplémentaires", ajoute Picozza. "La communauté devra maintenant
entamer une grande discussion ,ce qui, pour nous, est une bonne chose".
Andrés Sandoval de l'Université nationale autonome du
Mexique est le porte-parole de HAWC au Mexique et a participé à la recherche.
Il ne s'attendait pas à exclure les pulsars lorsque HAWC a commencé ses
mesures. "J'ai été très surpris au début, puisque nous pensions vraiment
qu'ils étaient [les sources]", dit-il à Physics Wor
Cependant, Sandoval dit qu'il ne mettrait pas encore son
argent sur l'explication de la matière noire - même si, il faut le reconnaître,
ce serait plus excitant. "En tant que physicien conservateur, je dirais
que les sources doivent être des pulsars, parce que c'est ce que nous savons de
plus. Il y a encore tellement de questions en suspens ", dit-il.
Outre l'annihilation ou la désintégration des particules de
matière noire, l'équipe de HAWC pense que les positons pourraient provenir
d'autres pulsars, bien qu'il n'y ait pas de meilleurs candidats que les deux
excluent. D'autres types d'accélérateurs cosmiques, tels que les micro-quasars
et les restes de supernova, pourraient être des sources, où les positrons
pourraient être le résultat de la production de particules secondaires.
Sandoval dit que même si c'est la découverte la plus
importante issue de la collaboration HAWC jusqu'à présent, ils leur reste
encore beaucoup à faire, et il espère annoncer de nouvelles découvertes de
sources inattendues d'ici le printemps 2
Tout le monde n'a pas rejeté les pulsars Geminga et PSR
B0656 + 14 comme sources de positons à haute énergie, y compris Dan Hooper de
l'Université de Chicago, qui n'est toujours pas convaincu.
Hooper et son équipe interprètent différemment les données
de HAWC et proposent l'exact opposé de ce que suggère l'équipe HAWC. Dans un
article soumis pour publication plus tôt cette année, ils argumentent pourquoi
les deux pulsars peuvent prendre le crédit pour l'excédent de positron.
"Je suis sûr que nous avons raison," dit Hooper.
Il dit que tout se résume à un problème d'interprétation, sur la façon dont les
particules voyagent à travers le milieu interstellaire. "Nous avons
examiné les mêmes faits, mais nous avons différentes interprétations de la
façon dont les particules diffusent", dit-il
Hooper et son équipe affirment qu'il y a des vents
convectifs (les vents d'électrons et de positrons produits par ces pulsars qui
sont encore accélérés par le choc avec le milieu interstellaire environnant)
assez forts pour que les positrons fassent leur chemin vers la Terre.
L'équipe de HAWC a abordé le conflit entre leurs résultats
et ceux de Hooper, et ils soutiennent que leurs nouvelles mesures valident
plutôt un modèle dans lequel les
particules voyagent simplement par diffusion, plutôt que par des vents
convectifs. Ils ajoutent qu'ils n'ont trouvé aucune source d'énergie capable de
propulser des vents forts.
«Je pense que les nouvelles données de HAWC sont super
excitantes et nous avons toutes les raisons de croire que ce n'est que la
partie émergée de l'iceberg», dit Hooper.
Les observations HAWC sont décrites dans Science.
MON COMMENTAIRE/Je ne vais pas prétendre trancher entre ces positrons
supplémentaires issues soit de vents de
pulsars voisins ( mais par un mécanisme incertain ) , soit issus d’un mode de
décomposition inconnu de matière noire …..Bien entendu dans ce dernier cas ,
l’excès de positrons me conduit à douter
d’un processus de décomposition symétrique de cette dernière ( qui est reconnue au départ comme neutre et non chargée …..)
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La marée issue du corps de la Terre suggère une structure
profonde du manteau
Earth’s body tide hints at deep mantle structure
Nov 16, 2017
16 novembre 2017
La Lune au-dessus de l'horizon terrestre, photographiée
depuis la Station spatiale internationale.
Effet de marée: la réponse de la Terre dépend de sa
distribution de la densité
Les marées induites dans la Terre solide par le Soleil et la
Lune ont permis aux chercheurs de caractériser la densité de son manteau profond. Les résultats suggèrent que
deux grandes provinces à faible vitesse de cisaillement (LLSVP) sous l'Afrique
équatoriale et le Pacifique sont, en moyenne, plus denses que la roche
environnante. La découverte a des conséquences sur notre compréhension de la
circulation du manteau.
L'existence des deux LLSVP est connue depuis longtemps par
les observations tomographiques sismiques. De telles études, qui utilisent les
ondes sismiques générées naturellement par les tremblements de terre, ont
indiqué que les caractéristiques s'étendent sur des milliers de kilomètres latéralement
et sur environ 1000 km vers le haut à partir de la limite cœur-manteau (CMB).
Les vitesses faibles des ondes de cisaillement indiquent
généralement la présence de matériaux plus chauds, et les LLSVP ont été
interprétées comme la source de panaches mantelliques flottants qui remontent
de la base du manteau. Toutefois, les propriétés sismiques changeantes sur les
bords des caractéristiques ne sont pas cohérentes avec une origine purement
basée sur la température, suggérant que des différences de composition sont
impliquées. La façon dont ces variations se reflètent dans la distribution de
la densité des régions a longtemps été un sujet de débat.
Recemment, en utilisant une modélisation probabiliste basée
sur des mesures de système de positionnement global (GPS) de haute précision,
Harriet Lau de Harvard University, et des collaborateurs des universités
Harvard, Columbia et Princeton aux États-Unis, l'Université des Sciences et
Technologies de Chine et l'Université de Cambridge au Royaume-Uni, ont étudié
la réponse des marées du corps de la Terre à différentes hypothèses de profils
de densité dans le manteau inférieur. Le résultat surprenant du groupe est que,
pris dans leur ensemble, les LLSVP ne sont pas plus porteurs que le manteau
environnant après tout.
Pour que cette conclusion soit cohérente avec les résultats
des études précédentes, les LLSVP devraient tous deux être des entités
hétérogènes, dans lesquelles les parties anormalement denses sont limitées à
moins de 100 km du CMB. La résolution spatiale de l'analyse de Lau et de ses
collègues signifie que cela ne peut actuellement être exclu, mais les travaux
futurs devraient mieux définir la structure à échelle fine.
La recherche est décrite dans Nature.
A propos de l'auteur :Marric Stephens est un
journaliste sur physicsworld.
MONCOMMENTAIRE / J’ignorais qu’en
dehors des méthodes de mesures des
anomalies de gravimétrie ou par la tomographie sismique (méthode utilisant les
enregistrements des tremblements de terre) et des méthodes de mesures sismologique par sismométrie électromagnétique , on pouvait exploiter directement les mouvements de ces marées
typiquement terrestres et tenter de les expliquer par des essais de diverses modélisation en densités…..
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Des «skyrmions cibles» tourbillonnent sur de minuscules
disques
Target skyrmions’ swirl on tiny discs
Nov 15, 2017
15 novembre 2017
Illustration des deux états fondamentaux des skyrmions
cibles
Des motifs magnétiques tourbillonnants de spins surnommés
"skyrmions cibles" ont été créés sans l'application d'un champ
magnétique externe. Les skyrmions apparaissaient sur de petits disques d'un
alliage magnétique et pouvaient être utilisés pour stocker des informations en
termes de direction de rotation des tourbillons.
Conçus à l'origine comme des régions de particules dans un
champ où tous les vecteurs de terrain pointent vers ou loin d'un seul point
dans l'espace, les skyrmions ont été proposés dans les années 1950 par le
physicien britannique Tony Skyrme pour expliquer certains aspects de la
physique des particules. Depuis, on a montré que certaines excitations
collectives de spins d'électrons dans les solides se comportent beaucoup comme
des skyrmions. Ces skyrmions magnétiques à l'état solide pourraient être
potentiellement utiles dans l'électronique de nouvelle génération et la
spintronique.
Dans son dernier
ouvrage, Jiadong Zang de l'Université du New Hampshire, le Haifeng Du du High
Magnetic Field Laboratory en Chine et des collègues allemands, chinois et
américains ont étudié les skyrmions dans un minuscule disque de fer-germanium.
Ce matériau est un aimant chiral qui présente une cellule unitaire de skyrmion
- chaque cellule unitaire étant une structure magnétique circulaire de spins
d'électrons d'un diamètre d'environ 80 nm.
Leur disque a un diamètre d'environ 160 nm et une épaisseur
de 90 nm. En utilisant une technique de microscopie électronique appelée
holographie électronique hors axe, l'équipe a montré que le centre du disque
est occupé par un skyrmion conventionnel d'un diamètre d'environ 85 nm. La
région externe du disque a un anneau de spins d'électrons qui créent un champ
magnétique qui est opposé à celui généré par le skyrmion.
En les décrivant dans Physical Review Letters,
l'équipe détaille la structure de spin
globale du disque comme un skyrmion cible. Ils ont trouvé que la structure a
deux configurations à l'état fondamental - une dans laquelle l'aimantation du
skyrmion intérieur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre
dans lequel la rotation est dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Ces états sont stabilisés, estime l'équipe, par le champ magnétique généré par
l'anneau extérieur des spins d'électrons. En outre, le sens de rotation du
skyrmion interne peut être commuté entre les états dans le sens des aiguilles
d'une montre et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre en appliquant
un champ magnétique d'environ 200 mT.
La possibilité de retourner le sens de rotation du skyrmion
entre deux états stables signifie que les disques pourraient être utilisés pour
stocker des bits d'information numériques et pourraient même être reliés entre
eux pour créer des portes logiques et d'autres dispositifs.
A propos de l'auteur Hamish Johnston est rédacteur en chef
de physicsworld
MON COMMENTAIRE /Dans un de mes précédents
articles j’avais commencé à vous décrire
des skirmions :si vous tordez un ruban
de papier et le collez « à l’envers,
vous avez le fameux ruban de Möbius où la topologie vous rend cette configuration indéformable …Et si vous y installez des spins , vous constaterez qu’ il y a alors une interaction
entre spins amenant une contrainte sur les spins et une
chiralité d’écoulement ….Ils peuvent être déplacés par simple courant
électrique comme une onde qui se
promènerait dans une forets de moments magnétiques …D’où leur intérêt pour stocker des informations ….
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Remédier à des ponts fragiles
14 novembre 2017
Photo du pont suspendu de Clifton
Putting a damper on wobbly bridges
Nov 14, 2017
Des passerelles
fragiles peuvent à la fois ravir
et terrifier les piétons. Recemment, des chercheurs américains et russes ont
développé un modèle montrant comment un pont apparemment stable peut
soudainement montrer des oscillations potentiellement dangereuses lorsqu'un
certain nombre de personnes le traversent.
Concevoir une passerelle peut constituerun défi, car il peut
être difficile de prédire comment une structure répondra au martèlement de
plusieurs pieds à la fois. Par exemple, la London Millennium Footbridge, de
l'autre côté de la Tamise, a ouvert ses portes en grande pompe en 2000, pour
fermer ses portes quelques jours seulement après que de grandes foules eussent
vu le pont se mettre à basculer de façon désordonnée pendant qu'elles
marchaient dessus . Le pont est resté fermé pendant près de deux ans tandis que des amortisseurs étaient installés.
Les ponts, comme toutes les autres structures, ont des
fréquences naturelles de vibration. Il est bien connu que les ponts peuvent
s'effondrer si un grand nombre de pieds excite simultanément des vibrations à
ces fréquences naturelles. Le pont Albert, construit de l'autre côté de la
Tamise en 1873, porte une pancarte indiquant aux soldats en marche de ne pas le franchir
au pas cadencé lors de la traversée. Cependant, les piétons
ordinaires ne marchent pas au pas. De plus, le Millennium Bridge oscillait de
gauche à droite, pas de haut en bas.
En 2004, Steven Strogatz de l'Université Cornell aux
États-Unis et des collaborateurs internationaux ont modélisé les piétons sur un
pont en tant qu'oscillateurs couplés pour montrer comment, si un pont commence
à vibrer naturellement, les piétons peuvent être amenés à suivre les vibrations pour
maintenir leur équilibre. Ce faisant, ils amplifient par inadvertance les
oscillations. Ceci est analogue au célèbre modèle, d'abord développé par le
physicien hollandais Christiaan Huygens en 1665, de pendules suspendus à une
même poutre se synchronisant en phase à
cause du mouvement transmis à travers le faisceau.
Le modèle de Strogatz 'a été très influent dans la
communauté des mathématiques appliquées, mais il ne peut fournir de prédictions
quantitatives précises sur les conditions dans lesquelles un pont donné
oscillera et pourrait être utilisé pour la modélisation informatique dans la
conception de ponts. «Les programmes sectoriels existants utilisés pour
développer les ponts sont basés sur des calculs linéaires», explique Igor
Belykh de la Georgia State University aux États-Unis. "Ils sont très
obsolètes et ne peuvent pas capturer les phénomènes hautement non linéaires
comme ce passage à un plus grand « valdingue » à la suite
d'interactions bidirectionnelles très compliquées entre les piétons et le
pont."
Belykh et ses collègues en Russie ont combiné la
synchronisation des foules et la dynamique des ponts avec un modèle
biomécanique de marche des humains comme des pendules inversés pressant
alternativement sur le sol avec les pieds gauche et droit. Ils ont considéré
plusieurs de ces pendules sur le pont à la fois, avec une gamme de fréquences
et de phases, et ont formulé deux équations différentielles non linéaires pour
l'amplitude et la phase des oscillations du pont
Les chercheurs ont montré qu'au-dessus d'un nombre critique
spécifique de pendules, une solution stable peut apparaître dans laquelle les
oscillateurs tombent en phase et l'amplitude augmente soudainement: «Nous avons
pu donner des estimations spécifiques de la relation de cette taille critique à
la fréquence du pont, à la masse du pont et à la fréquence naturelle de la
marche humaine », explique Belykh. Le modèle prévoyait des oscillations
duMillenium Bridge lorsque plus de 165
personnes marchaient dessus en même temps - ce qui correspond aux résultats
expérimentaux de la société d'ingénierie Arup, qui a conçu et réparé le pont depuis
. À l'avenir, dit Belykh, le travail pourrait prédire si le nombre prévu de
piétons utilisant un pont planifié causera des problèmes, et si des
amortisseurs supplémentaires ou d'autres modifications de conception sont
nécessaires. Les chercheurs ont également développé un modèle mathématique plus
abstrait qui donne des prédictions très similaires et peut être résolu
analytiquement.
Cependant, des questions subsistent et il est difficile de
savoir comment la synchronisation de phase se produit initialement. Par
exemple, le pont suspendu de Clifton à Bristol, au Royaume-Uni, a été fermé à
de grandes foules après avoir développé des oscillations lorsque des milliers
de piétons ont franchi le pont lors de la Balloon Fiesta annuelle de la ville.
Cependant, la fréquence d'oscillation de ce pont était différente de la
fréquence moyenne des piétons et les gens ne sont pas tombés en phase lors de
la traversée. Les chercheurs étudient maintenant ces phénomènes en
collaboration avec John Macdonald et ses collègues de l'Université de Bristol,
qui ont développé à l'origine le modèle du pendule inversé.
Adilson Motter de Northwestern University dans l'Illinois
dit que le travail s'inscrit dans un ensemble de systèmes complexes de
recherche sur les ponts et les phénomènes de synchronisation qui ont suivi
l'affaire Millennium Bridge: "Une étape clé ici est déjà de modéliser
correctement ce qu'est une personne sur
un pont. stable et essayer de comprendre comment la personne interagit avec la
réponse du pont ", dit-il. Henk Nijmeijer, de l'Université technique
d'Eindhoven aux Pays-Bas, reconnaît que «c'est un travail très intéressant qui
rassemble des aspects de la dynamique des foules et de la dynamique des ponts,
et il y a encore beaucoup de choses qui ne sont pas bien comprises». cependant,
en utilisant des pendules inversés pour modéliser les piétons, les chercheurs
ont ignoré un fait crucial , a savoir que les piétons traversent le pont: «Les pendules ne sont pas ates pas marcher de gauche à droite ou de droite à
gauche», dit-il.Si vous oubliez dans le marcheur le mouvement en avant qui est
necessairement là là, il y a alors quelque
chose de bizarre dans le modèle. "
La recherche est décrite dans Science Advances.
A propos de l'auteur
Tim Wogan est un écrivain scientifique basé au Royaume-Uni
MON COMMENTAIRE /Ce problème est délectable
, selon moi , car il devrait
mener de front une démarche de
modélisation statistique de la marche d’une
foule non gaussienne et apériodique avec
des modélisations diverses de
renforts et contreforts anti
oscillation fondamentale …Nous avons eu
des problèmes de couplages d oscillations de compresseurs sur les étages de
diffusion gazeuse et dû renforcer les
structures par les « fortcons »
de mon collègue REGIS ,,,
A suivre
C 'est le moment de rappeler qu une synchronisation " à la HUYGHENS" intervient dans le modèle d espace primitif OSCAR
RépondreSupprimerOui et je me demande dans le cas du pont, s'il ne s'agit pas d'une variété du soliton de Peregrine, relatif aux vagues scélérates ? L'explication parle de "double localisation" dans le domaine spatial et temporel.
RépondreSupprimerOr le principe de "double localisation" est la clé centrale du modèle OSCAR. Dans le BEC primordial, quand le flux de synchronisation arrive à saturation, il se produit un changement brutal de localité soit : N modes individuels à localité étendue → 1 mode collectif à localité restreinte.
Le soliton est certainement bien plus universel que l'on pourrait le croire !
S'agissant de la transition M L T : virtuels → apparents, il est plus précis de dire :
SupprimerN modes individuels à localité étendue égale → 1 mode collectif à N localités restreintes égales.
Les excès de positrons ne risquent pas de provenir de la matière noire ! Elle est faite de paires électron-positrons dégénérées (>0 2 me <2)ou briques élémentaires non entières. En revanche, le modèle OSCAR montre que que comme dans le fluor 18 employé en tomographie, des paires locales peuvent être créées avec inclusion de l'électron (me1) et émission d'un positron qui s'annihile avec le premier électron rencontré (me2). Ici la "magie" est dans l'effet tunnel qui permet d'échanger le statut de localité (donc de stabilité) entre me1 et me2. La transition passe par un positronium qui "attend" le transfert.
RépondreSupprimerMais il est possible que dans certaines conditions extrêmes, des jets opposés de positrons et d'électrons (création avec réduction de localité*) soient créés et restent stables.
* comme sur le BEC originel mais avec séparation angulaire due à une forte polarisation magnétique. C'est une forme de création continue (voir JJM) mais que je considère comme très négligeable et en tous cas, bien plus faible que la perte continue.