mardi 31 janvier 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT / D OU VIENT L ENERGIE NOIRE ????

A new approach to solving the mystery of dark energy (Update)

by Raphaël Cayrol, University of Luxembourg

Une nouvelle approche pour résoudre le mystère de l'énergie noire (Mise à jour)

par Raphaël Cayrol, Université du Luxembourg

Crédit : domaine public CC0

Qu'y a-t-il derrière l'énergie noire et qu'est-ce qui la relie à la constante cosmologique introduite par Albert Einstein ? Deux physiciens de l'Université du Luxembourg montrent la voie pour répondre à ces questions ouvertes de la physique.

L'univers a un certain nombre de propriétés bizarres qui sont difficiles à comprendre avec l'expérience quotidienne. Par exemple, la matière que nous connaissons, constituée de particules élémentaires et composites constituant des molécules et des matériaux, ne représente apparemment qu'une petite partie de l'énergie de l'univers. La plus grande contribution, environ les deux tiers, provient de "l'énergie noire" - une forme hypothétique d'énergie dont les physiciens de fond sont encore perplexes.

De plus, l'univers est non seulement en expansion constante, mais aussi à un rythme de plus en plus rapide. Les deux caractéristiques semblent être liées, car l'énergie noire est également considérée comme un moteur d'expansion accélérée. De plus, elle pourrait réunir deux puissantes écoles de pensée physique : la théorie quantique des champs et la théorie générale de la relativité développée par Albert Einstein. Mais il y a un hic : les calculs et les observations sont jusqu'à présent loin de correspondre.

Deux chercheurs luxembourgeois ont montré une nouvelle façon de résoudre cette énigme vieille de 100 ans dans un article publié par la revue Physical Review Letters.

La traînée de particules virtuelles dans le vide

"Le vide a de l'énergie. C'est un résultat fondamental de la théorie quantique des champs", explique le professeur Alexandre Tkatchenko, professeur de physique théorique au Département de physique et science des matériaux de l'Université du Luxembourg. Cette théorie a été développée pour rapprocher la mécanique quantique et la relativité restreinte, mais la théorie quantique des champs semble incompatible avec la relativité générale. Sa caractéristique essentielle est que, contrairement à la mécanique quantique, la théorie considère non seulement les particules mais aussi les champs sans matière comme des objets quantiques.

"Dans ce cadre, de nombreux chercheurs considèrent l'énergie noire comme une expression de ce qu'on appelle l'énergie du vide", explique Tkatchenko : une quantité physique qui, dans une image vivante, est causée par une émergence et une interaction constantes de paires de particules et de leurs antiparticules. — comme les électrons et les positrons — dans ce qui est en fait de l'espace vide.

Les physiciens parlent de ce va-et-vient de particules virtuelles et de leurs champs quantiques comme des fluctuations du vide ou du point zéro. Alors que les paires de particules disparaissent rapidement dans le néant, leur existence laisse derrière elles une certaine quantité d'énergie. "Cette énergie du vide a aussi un sens en relativité générale", note le scientifique luxembourgeois. "Il se manifeste dans la constante cosmologique qu'Einstein a incluse dans ses équations pour des raisons physiques."

Un décalage colossal

Contrairement à l'énergie du vide, qui ne peut être déduite que des formules de la théorie quantique des champs, la constante cosmologique peut être déterminée directement par des expériences astrophysiques. Les mesures avec le télescope spatial Hubble et la mission spatiale Planck ont donné des valeurs proches et fiables pour la grandeur physique fondamentale.

Les calculs de l'énergie noire sur la base de la théorie quantique des champs, d'autre part, donnent des résultats qui correspondent à une valeur de la constante cosmologique qui est jusqu'à 10 puissance 120 fois plus grande - un écart colossal, bien que dans la vision du monde des physiciens qui prévaut aujourd'hui, les deux valeurs doivent être égales. L'écart trouvé à la place est connu sous le nom de "l'énigme de la constante cosmologique". "C'est sans aucun doute l'une des plus grandes incohérences de la science moderne", estime Alexandre Tkatchenko.

Mode d'interprétation non conventionnel

Avec son collègue de recherche luxembourgeois, le Dr Dmitry Fedorov, il a maintenant apporté la solution à ce casse-tête ouvert depuis des décennies, un pas de plus significatif. Dans un travail théorique dont ils ont récemment publié les résultats dans Physical Review Letters, les deux chercheurs luxembourgeois proposent une nouvelle interprétation de l'énergie noire. Il suppose que les fluctuations du point zéro conduisent à une polarisabilité du vide, qui peut être à la fois mesurée et calculée.

"Dans des paires de particules virtuelles de charge électrique opposée, cela résulte des forces électrodynamiques que ces particules exercent les unes sur les autres au cours de leur existence extrêmement courte", explique Tkatchenko. Les physiciens appellent cela une auto-interaction du vide. "Cela conduit à une densité d'énergie qui peut être déterminée à l'aide d'un nouveau modèle", explique le scientifique luxembourgeois.

Avec son collègue de recherche Fedorov, ils ont développé le modèle de base pour les atomes il y a quelques années et l'ont présenté pour la première fois en 2018. Le modèle était à l'origine utilisé pour décrire les propriétés atomiques, en particulier la relation entre la polarisabilité des atomes et les propriétés d'équilibre. de certaines molécules et solides non liés par covalence. Étant donné que les caractéristiques géométriques sont assez faciles à mesurer expérimentalement, la polarisabilité peut également être déterminée via leur formule.

"Nous avons transféré cette procédure aux processus dans le vide", explique Fedorov. Pour cela, les deux chercheurs se sont penchés sur le comportement des champs quantiques, représentant notamment le « va et vient » des électrons et des positrons. Les fluctuations de ces champs peuvent également être caractérisées par une géométrie d'équilibre déjà connue expérimentalement. "Nous l'avons inséré dans les formules de notre modèle et avons ainsi finalement obtenu la force de la polarisation intrinsèque du vide", rapporte Fedorov.

La dernière étape consistait alors à calculer en mécanique quantique la densité d'énergie de l'auto-interaction entre les fluctuations des électrons et des positrons. Le résultat ainsi obtenu concorde bien avec les valeurs mesurées pour la constante cosmologique. "[Cela signifie] que l'énergie noire peut être attribuée à la densité d'énergie de l'auto-interaction des champs quantiques", explique Alexandre Tkatchenko.

Valeurs constantes et prévisions vérifiables

"Notre travail propose ainsi une approche élégante et non conventionnelle pour résoudre l'énigme de la constante cosmologique", résume le physicien. "De plus, il fournit une prédiction vérifiable : à savoir que les champs quantiques tels que ceux des électrons et des positrons possèdent en effet une polarisation intrinsèque petite mais toujours présente."

Cette découverte ouvre la voie à de futures expériences pour détecter cette polarisation également en laboratoire, affirment les deux chercheurs luxembourgeois. "Notre objectif est de dériver la constante cosmologique à partir d'une approche théorique quantique rigoureuse", explique Dmitry Fedorov. "Et notre travail contient une recette sur la façon de réaliser cela."

Il considère les nouveaux résultats obtenus avec Alexandre Tkatchenko comme le premier pas vers une meilleure compréhension de l'énergie noire et de son lien avec la constante cosmologique d'Albert Einstein. Enfin, Tkatchenko est convaincu qu'"en fin de compte, cela pourrait également éclairer la manière dont la théorie quantique des champs et la théorie de la relativité générale s'imbriquent comme deux façons de regarder l'univers et ses composants".

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COMMENTAIRES

Chercher un moyen de calculer la polarisabilité du vide me paraissait encore plus difficile que d 'évaluer les fluctuations de l 'énergie du vide .... J 'attends la suite pour savoir comment cela se reliera avec l 'accélération de la vitesse d 'expansion de l univers .....

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More information: Alexandre Tkatchenko et al, Casimir Self-Interaction Energy Density of Quantum Electrodynamic Fields, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.041601

Journal information: Physical Review Letters

Provided by University of Luxembourg

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Solving one of nature's great puzzles: What drives the accelerating expansion of the univers

lundi 30 janvier 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT /UN NOUVEAU MODELE DE MATIERE NOIRE !!!!

A new model for dark matter

by University of Michigan

A new model for dark matter

by University of Michigan

''Un nouveau modèle pour la matière noire

par l'Université du Michigan

Cette image de l article provenant du télescope spatial Hubble de la NASA montre la répartition de la matière noire au centre de l'amas de galaxies géantes Abell 1689, contenant environ 1 000 galaxies et des billions d'étoiles. La matière noire est une forme de matière invisible qui représente la majeure partie de la masse présente de l'univers. Hubble ne peut pas voir directement la matière noire. Les astronomes ont déduit son emplacement en analysant l'effet de la lentille gravitationnelle, où la lumière des galaxies Abell 1689 est déformée par la matière intervenant dans l'amas. Les chercheurs ont utilisé les positions observées de 135 images lentilles de 42 galaxies d'arrière-plan pour calculer l'emplacement et la quantité de matière noire présente dans l'amas. Ils ont superposé une carte de ces concentrations de matière noire déduites, teintées de bleu, sur une image de l'amas prise par la caméra avancée de Hubble pour les enquêtes. Si la gravité de l'amas ne provenait que des galaxies visibles, les distorsions de lentille seraient beaucoup plus faibles. La carte révèle que la concentration la plus dense de matière noire se trouve au cœur de l'amas. Abell 1689 réside à 2,2 milliards d'années-lumière de la Terre. L'image a été prise en juin 2002. Crédit : NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology et Space Telescope Science Institute), N. Benitez (Institut d'astrophysique d'Andalousie, Espagne), T. Broadhurst (Université du Pays basque, Espagne) et H. Ford (Université Johns Hopkins)

La matière noire reste l'un des plus grands mystères de la physique moderne. Il est clair qu'elle doit exister, car sans matière noire, par exemple, le mouvement des galaxies ne peut pas être expliqué. Mais il n'a jamais été possible de détecter la matière noire dans une expérience.

Actuellement, les propositions de nouvelles expériences sont nombreuses : Elles visent à détecter la matière noire directement via sa diffusion à partir des constituants des noyaux atomiques d'un milieu de détection, c'est-à-dire les protons et les neutrons.

Une équipe de chercheurs – Robert McGehee et Aaron Pierce de l'Université du Michigan et Gilly Elor de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne – a maintenant proposé un nouveau candidat pour la matière noire : HYPER, ou « HighlY Interactive ParticlE Relics ».

Dans le modèle HYPER, quelque temps après la formation de la matière noire dans l'univers primitif, la force de son interaction avec la matière normale augmente brusquement, ce qui, d'une part, la rend potentiellement détectable aujourd'hui et peut en même temps expliquer l'abondance de matière noire.

La nouvelle diversité dans le secteur de la matière noire

Étant donné que la recherche de particules de matière noire lourde, ou WIMPS, n'a pas encore abouti, la communauté des chercheurs recherche des particules de matière noire alternatives, en particulier des particules plus légères. Dans le même temps, on s'attend de manière générique à des transitions de phase dans le secteur sombre - après tout, il y en a plusieurs dans le secteur visible, selon les chercheurs. Mais les études précédentes ont eu tendance à les négliger.

"Il n'y a pas eu de modèle de matière noire cohérent pour la gamme de masse à laquelle certaines expériences prévues espèrent accéder. Cependant, notre modèle HYPER illustre qu'une transition de phase peut réellement aider à rendre la matière noire plus facilement détectable", a déclaré Elor, un chercheur postdoctoral. en physique théorique à JGU.

Le défi pour un modèle adapté : si la matière noire interagit trop fortement avec la matière normale, elle meme sa quantité (précisément connue) formée dans l'univers primitif serait trop faible, ce qui contredirait les observations astrophysiques. Cependant, si elle est produite en juste quantité, l'interaction serait à l'inverse trop faible pour détecter la matière noire dans les expériences actuelles.

"Notre idée centrale, qui sous-tend le modèle HYPER, est que l'interaction change brusquement en une fois, afin que nous puissions avoir le meilleur des deux mondes : la bonne quantité de matière noire et une grande interaction afin que nous puissions la détecter", a déclaré McGehee.

Et voici comment les chercheurs l'envisagent : en physique des particules, une interaction est généralement médiée par une particule spécifique, un soi-disant médiateur, tout comme l'interaction de la matière noire avec la matière normale. Tant la formation de la matière noire que sa détection fonctionnent via ce médiateur, la force de l'interaction dépendant de sa masse : plus la masse est grande, plus l'interaction est faible.

Le médiateur doit d'abord être suffisamment lourd pour que la bonne quantité de matière noire soit formée et ensuite suffisamment léger pour que la matière noire soit détectable. La solution : Il y a eu une transition de phase après la formation de la matière noire, au cours de laquelle la masse du médiateur a soudainement diminué.

"Ainsi, d'une part, la quantité de matière noire est maintenue constante, et d'autre part, l'interaction est stimulée ou renforcée de telle manière que la matière noire devrait être directement détectable", a déclaré Pierce.

Le nouveau modèle couvre presque toute la gamme de paramètres des expériences prévues

"Le modèle HYPER de matière noire est capable de couvrir presque toute la gamme que les nouvelles expériences rendent accessible", a déclaré Elor.

Plus précisément, l'équipe de recherche a d'abord considéré que la section efficace maximale de l'interaction médiée par le médiateur avec les protons et les neutrons d'un noyau atomique était cohérente avec les observations astrophysiques et certaines désintégrations de la physique des particules. L'étape suivante consistait à déterminer s'il existait un modèle de matière noire présentant cette interaction.

"Et ici, nous avons eu l'idée de la transition de phase", a déclaré McGehee. "Nous avons ensuite calculé la quantité de matière noire qui existe dans l'univers, puis simulé la transition de phase à l'aide de nos calculs."

Il y a de nombreuses contraintes à prendre en compte, comme une quantité constante de matière noire.

"Ici, nous devons systématiquement considérer et inclure de très nombreux scénarios, par exemple, en nous posant la question de savoir s'il est vraiment certain que notre médiateur ne conduise pas soudainement à la formation d'une nouvelle matière noire, ce qui bien sûr ne doit pas être", a déclaré Elor. . "Mais au final, nous étions convaincus que notre modèle HYPER fonctionnait."

La recherche est publiée dans la revue Physical Review Letters.

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COMMENTAIRES

Le raisonnement de cette recherche me parait extremement fructueux . Ainsi je peux proposer a mes lecteurs la variante suivante du modèle HYPER :l''univers pimitif est un assemblge trés chaud et trés dense de matière noire ouù au départ les médiations sont tres rares tant la température est excessivement élevée ....C 'est une sorte de plasma dense et trés sombre .... Son extansion dans l 'espace abaisse cette température ....il se se crée des charges electriques et des champs de signes contraires qui par annihilation aménent une transition de phase ,diminition de densité du milieu cosmique et apparition de lumière et d 'énergie electromagnétique

... La matire noire sortant de sa ''guague primitive'' est donc susceptible d'évoluer plus tard en gardant cette spécificiteé ''invisible'' sauf a apparaitre par chocs extansifs de galaxies etc et etre progressivement réductible par production diffuse d''E.M

...Le responsable ''primitif'' est donc iu mutiple de valeur de faible masse égale à 2 e... les charges + et - n 'apparaissant que lorsque la rotation et le moment de spin trouvent l énergie nécessaire pour se creer :environ 0,8MeV_ MeV!! ......Creez votre propre modèle HYPER !!!

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More information: Gilly Elor et al, Maximizing Direct Detection with Highly Interactive Particle Relic Dark Matter, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.031803

Journal information: Physical Review Letters

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First results from LHAASO place tighter constraints on d

SCIENCERES ENERGIES ENVIRONNEMENT /PROGRAMME DES TRADUCTIONS DE LA SE%AINE

1./

Earth's inner core rotating slower than surface, study suggests (Update)

by Daniel Lawler

Plasma thrusters used on satellites could be much more powerful than previously believed

by Kate McAlpine, University of Michig

Device transmits radio waves with almost no power—without violating the laws of physics

by Joshua R. Smith and Zerina Kapetanovic, The Conversation

Milky Way found to be too big for its 'cosmological wall'

by Royal Astronomical Society

A new approach to solving the mystery of dark energy

by Raphaël Cayrol, University of Luxembourg

No 'second law of entanglement' after all, claims study

by University of Amsterdam

Scientists observe 'quasiparticles' in classical systems for the first time

by Institute for Basic Science

A new model for dark matter

by University of Michigan9/

Twisting up atoms through space and time

by Dina Genkina, Joint Quantum Institute

jeudi 26 janvier 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT/UN GUIDE D ONDES LASER

Nearly 50-meter laser experiment sets record in university hallway

by University of Maryland

Une expérience laser de près de 50 mètres établit un record dans le couloir de l'université

par l'Université du Maryland

Un laser est envoyé dans un couloir UMD dans une expérience pour capter la lumière alors qu'il parcourt 45 mètres. Crédit : Laboratoire Interactions Laser-Matière Intenses, UMD

Ce n'est pas dans toutes les universités que des impulsions laser suffisamment puissantes pour brûler du papier et de la peau sont envoyées dans un couloir. Mais c'est ce qui s'est passé dans l'Energy Research Facility de l'UMD, un bâtiment d'aspect banal situé à l'angle nord-est du campus. Si vous visitez maintenant la salle utilitaire blanche et grise, elle ressemble à n'importe quelle autre salle universitaire, tant que vous ne regardez pas derrière un panneau de liège et que vous ne repérez pas la plaque de métal recouvrant un trou dans le mur.

Mais pendant quelques nuits en 2021, le professeur de physique de l'UMD Howard Milchberg et ses collègues ont transformé le couloir en laboratoire : les surfaces brillantes des portes et une fontaine à eau ont été recouvertes pour éviter les reflets potentiellement aveuglants ; les couloirs de liaison étaient bloqués par des panneaux, du ruban adhésif et des rideaux noirs spéciaux absorbant le laser ; et l'équipement scientifique et les câbles habitaient un espace de marche normalement ouvert.

Alors que les membres de l'équipe effectuaient leur travail, un claquement sonore les avertit du chemin dangereusement puissant que le laser traçait dans le couloir. Parfois, le voyage du faisceau se terminait par un bloc de céramique blanche, remplissant l'air de pops plus forts et d'une saveur métallique. Chaque nuit, un chercheur était assis seul devant un ordinateur dans le laboratoire adjacent avec un talkie-walkie et effectuait les ajustements demandés au laser.

Leurs efforts consistaient à transfigurer temporairement l'air fin en un câble à fibre optique - ou, plus précisément, un guide d'ondes d'air - qui guiderait la lumière sur des dizaines de mètres. Comme l'un des câbles Internet à fibre optique qui fournissent des autoroutes efficaces pour les flux de données optiques, un guide d'ondes aérien prescrit un chemin pour la lumière.

Ces guides d'ondes aériens ont de nombreuses applications potentielles liées à la collecte ou à la transmission de la lumière, telles que la détection de la lumière émise par la pollution atmosphérique, la communication laser à longue portée ou même les armes laser. Avec un guide d'onde à air, il n'est pas nécessaire de dérouler un câble solide et de se préoccuper des contraintes de gravité ; au lieu de cela, le câble se forme rapidement sans support dans l'air.

Dans un article accepté pour publication dans la revue Physical Review X, l'équipe a décrit comment elle a établi un record en guidant la lumière dans des guides d'ondes d'air de 45 mètres de long et a expliqué la physique derrière sa méthode.

Les chercheurs ont mené leur alchimie atmosphérique record la nuit pour éviter de gêner (ou de zapper) des collègues ou des étudiants sans méfiance pendant la journée de travail. Ils devaient faire approuver leurs procédures de sécurité avant de pouvoir réaffecter le couloir.

"Ce fut une expérience vraiment unique", déclare Andrew Goffin, un étudiant diplômé en génie électrique et informatique de l'UMD qui a travaillé sur le projet et qui est l'un des principaux auteurs de l'article de revue qui en a résulté. "Il y a beaucoup de travail qui est nécessaire pour tirer des lasers à l'extérieur du labo et que vous n'avez pas à gérer lorsque vous êtes dans le labo, comme installer des rideaux pour la sécurité des yeux. C'était vraiment fatigant."

Tout le travail consistait à voir jusqu'où ils pouvaient pousser la technique. Auparavant, le laboratoire de Milchberg avait démontré qu'une méthode similaire fonctionnait pour des distances inférieures à un mètre. Mais les chercheurs se sont heurtés à un obstacle en étendant leurs expériences à des dizaines de mètres : leur laboratoire est trop petit et déplacer le laser n'est pas pratique. Ainsi, un trou dans le mur et un couloir deviennent un espace laboratoire.

d'ondes, un faisceau lumineux, qu'il provienne d'un laser ou d'une lampe de poche, s'étendra en continu au fur et à mesure de son déplacement. S'il est autorisé à se propager sans contrôle, l'intensité d'un faisceau peut chuter à des niveaux inutiles. Que vous essayiez de recréer un blaster laser de science-fiction ou de détecter les niveaux de polluants dans l'atmosphère en les pompant d'énergie avec un laser et en capturant la lumière émise, il est avantageux d'assurer une diffusion efficace et concentrée de la lumière.

La solution potentielle de Milchberg à ce défi de garder la lumière confinée est une lumière supplémentaire, sous la forme d'impulsions laser ultra-courtes. Ce projet s'appuyait sur des travaux antérieurs de 2014 dans lesquels son laboratoire avait démontré qu'ils pouvaient utiliser de telles impulsions laser pour sculpter des guides d'ondes dans l'air.

La technique des impulsions courtes utilise la capacité d'un laser à fournir une intensité si élevée le long d'un chemin, appelé filament, qu'il crée un plasma, une phase de la matière où les électrons ont été arrachés de leurs atomes. Ce chemin énergétique chauffe l'air, de sorte qu'il se dilate et laisse un chemin d'air à faible densité dans le sillage du laser. Ce processus ressemble à une version minuscule de l'éclairage et du tonnerre où l'énergie de l'éclair transforme l'air en un plasma qui dilate l'air de manière explosive, créant le coup de tonnerre ; les claquements que les chercheurs ont entendus le long du trajet du faisceau étaient les minuscules cousins du tonnerre.

Mais ces chemins de filaments à faible densité n'étaient pas à eux seuls ce dont l'équipe avait besoin pour guider un laser. Les chercheurs voulaient un noyau à haute densité (le même que les câbles à fibre optique Internet). Ainsi, ils ont créé un agencement de plusieurs tunnels à faible densité qui se diffusent naturellement et se fondent dans un fossé entourant un noyau plus dense d'air non perturbé.

Les expériences de 2014 ont utilisé un agencement défini de seulement quatre filaments laser, mais la nouvelle expérience a profité d'une nouvelle configuration laser qui augmente automatiquement le nombre de filaments en fonction de l'énergie laser ; les filaments se répartissent naavec un guide d'onde (à droite). Crédit : Laboratoire Interactions Laser-Matière Intenses, UMD

Les chercheurs ont montré que la technique pouvait étendre la longueur du guide d'ondes d'air, augmentant la puissance qu'ils pouvaient fournir à une cible au bout du couloir. À la fin du parcours du laser, le guide d'ondes avait conservé environ 20 % de la lumière qui, autrement, aurait été perdue de sa zone cible. La distance était environ 60 fois plus grande que leur record des expériences précédentes. Les calculs de l'équipe suggèrent qu'ils ne sont pas encore proches de la limite théorique de la technique, et ils disent que des efficacités de guidage beaucoup plus élevées devraient être facilement réalisables avec la méthode à l'avenir.

"Si nous avions un couloir plus long, nos résultats montrent que nous aurions pu ajuster le laser pour un guide d'ondes plus long", explique Andrew Tartaro, un étudiant diplômé en physique de l'UMD qui a travaillé sur le projet et est l'un des auteurs de l'article. "Mais nous avons notre guide juste pour le couloir que nous avons."

Les chercheurs ont également effectué des tests plus courts de huit mètres en laboratoire où ils ont étudié plus en détail la physique qui se joue dans le processus. Pour le test le plus court, ils ont réussi à fournir environ 60 % de la lumière potentiellement perdue à leur cible.

Le bruit sec de la formation de plasma a été mis en pratique dans leurs tests. En plus d'être une indication de l'endroit où se trouvait le faisceau, il a également fourni des données aux chercheurs. Ils ont utilisé une ligne de 64 microphones pour mesurer la longueur du guide d'ondes et la force du guide d'ondes sur sa longueur (plus d'énergie entrant dans la fabrication du guide d'ondes se traduit par un bruit plus fort).

L'équipe a découvert que le guide d'ondes ne durait que quelques centièmes de seconde avant de se dissiper dans l'air. Mais c'est une éternité pour les rafales laser que les chercheurs lui envoyaient : la lumière peut parcourir plus de 3 000 km pendant cette période.

Sur la base de ce que les chercheurs ont appris de leurs expériences et simulations, l'équipe prévoit des expériences pour améliorer encore la longueur et l'efficacité de leurs guides d'ondes. Ils prévoient également de guider différentes couleurs de lumière et d'étudier si un taux de répétition d'impulsions de filament plus rapide peut produire un guide d'ondes pour canaliser un faisceau continu de haute puissance.

"Atteindre l'échelle de 50 mètres pour les guides d'ondes dans l'air ouvre littéralement la voie à des guides d'ondes encore plus longs et à de nombreuses applications", déclare Milchberg. "Basé sur de nouveaux laseE

turellement autour d'un anne

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COOMMENTAIRE

Manip trés astucieuse BRAVO !!

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More information: A. Goffin et al, Optical guiding in 50-meter-scale air waveguides, arXiv (2022). DOI: 10.48550/arxiv.2208.04240. (paper accepted for publication in the journal Physical Review X)

Journal information: Physical Review X

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Plasma guides maintain focus of lasers

mercredi 25 janvier 2023

SCIENCES ENERGIES ENVIRONNEMENT /TORDRE LA LUMIERE ???

Photonic hopfions: Light shaped as a smoke ring that behaves like a particle

by SPIE

Hopfions photoniques : Lumière en forme d'anneau de fumée qui se comporte comme une particule

par SPIE

La lumière peut être façonnée en une structure ressemblant à un anneau de fumée torsadé. Crédit : Y. Shen et Z. Zhu.

Nous pouvons fréquemment trouver dans notre vie quotidienne une structure d'onde localisée qui conserve sa forme lors de la propagation - imaginez un anneau de fumée volant dans les airs. Des structures stables similaires ont été étudiées dans divers domaines de recherche et peuvent être trouvées dans les aimants, les systèmes nucléaires et la physique des particules. Contrairement à un anneau de fumée, ils peuvent être rendus résistants aux perturbations. Ceci est connu en mathématiques et en physique sous le nom de protection topologique.

Un exemple typique est la texture semblable à un ouragan à l'échelle nanométrique d'un champ magnétique dans des couches minces magnétiques, se comportant comme des particules - c'est-à-dire ne changeant pas de forme - appelées skyrmions. Des motifs similaires en forme de beignet (ou toroïdal) dans l'espace 3D, visualisant des distributions spatiales complexes de diverses propriétés d'une onde, sont appelés hopfions. Réaliser de telles structures avec des ondes lumineuses est très insaisissable.

Des études récentes sur la lumière structurée ont révélé de fortes variations spatiales de polarisation, de phase et d'amplitude, qui permettent de comprendre et ouvrent des opportunités de conception de structures optiques topologiquement stables se comportant comme des particules. De telles quasi-particules de lumière avec un contrôle de propriétés topologiques diversifiées peuvent avoir un grand potentiel, par exemple en tant que supports d'informations de nouvelle génération pour le transfert d'informations optiques à très grande capacité, ainsi que dans les technologies quantiques.

Comme indiqué dans Advanced Photonics, des physiciens collaborateurs du Royaume-Uni et de Chine ont récemment démontré la génération de modèles de polarisation avec des propriétés topologiquement stables conçues en trois dimensions, qui, pour la première fois, peuvent être transformées et propagées de manière contrôlée dans l'espace libre.

(a) La sphère de l'espace paramétrique qui représente le spin : les degrés de longitude et de latitude (α et β) d'une sphère paramétrique 2 sont représentés par la couleur de la teinte et sa luminosité (sombre vers le pôle sud, où le spin est bas, et lumineux vers le pôle nord, où le spin est en hausse). Chaque point d'une 2-sphère paramétrique correspond à une ligne iso-spin fermée située dans un espace euclidien 3D. (b) Les lignes projetées à partir des points sélectionnés de même latitude β et de longitude α différente sur l'hypersphère (mis en évidence par les points pleins avec les couleurs de teinte correspondantes), forment des nœuds de tore couvrant un tore (avec différents tores correspondant à différents β) . ( c ) La visualisation dans l'espace réel d'une fibration de Hopf sous la forme d'une cartographie stéréographique complète à partir d'une hypersphère: nœuds de tore disposés sur un ensemble de tores imbriqués coaxialement, chaque tore correspondant à une latitude différente β d'une 2 sphère paramétrique. Le cercle noir correspond au pôle sud (spin down) et l'axe des tores imbriqués correspond au pôle nord (spin up) en (a). ( d ) La distribution de spin 3D dans un hopfion, correspondant aux contours d'isospin en ( c ) avec chaque vecteur de spin coloré par ses paramètres α et β d'une sphère paramétrique en ( a ) comme indiqué dans l'insert. (e, f) La vue en coupe transversale de la distribution de spin en (d) : (e) xy (z = 0) et (f) yz (x = 0) les coupes transversales montrent des structures de type skyrmion avec les flèches grises marquant le tourbillon des skyrmions. L'échelle de couleurs est la même que celle correspondant à la direction de rotation en (d). Crédit : Shen et al., doi 10.1117/1.AP.5.1.015001

En conséquence de cette perspicacité, plusieurs avancées significatives et de nouvelles perspectives sont offertes. "Nous rapportons une nouvelle famille très inhabituelle de solitons topologiques 3D à lumière structurée, les hopfions photoniques, où les textures topologiques et les nombres topologiques peuvent être réglés librement et indépendamment, allant bien au-delà des textures topologiques fixes de l'ordre le plus bas décrites précédemment." dit Yijie Shen de l'Université de Southampton au Royaume-Uni, l'auteur principal de l'article.

"Nos résultats illustrent l'immense beauté des structures lumineuses. Nous espérons qu'ils inspireront de nouvelles investigations vers des applications potentielles de configurations de lumière topologiques protégées dans les communications optiques, les technologies quantiques, les interactions lumière-matière, la microscopie à superrésolution et la métrologie", déclare Anatoly Zayats, professeur au King's College de Londres et chef de projet.

Ce travail fournit un contexte théorique décrivant l'émergence de cette famille d'hopfions et leur génération et caractérisation expérimentales, révélant une structure riche de textures de polarisation topologiquement protégées. Contrairement aux observations précédentes d'hopfions localisés dans des matériaux à l'état solide, ce travail démontre que, de manière contre-intuitive, un hopfion optique peut se propager dans l'espace libre avec une protection topologique de la distribution de polarisation.

La structure topologique robuste des hopfions photoniques démontrés lors de la propagation est souvent recherchée dans les applications.

Ce modèle nouvellement développé d'hopfions topologiques optiques peut être facilement étendu à d'autres formations topologiques d'ordre supérieur dans d'autres branches de la physique. J

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COMMENTAIRES

Ie travail théorique dévoile des possibilités inteessantes mais il reste a savoir comment ces conformations peuvent etre expérimentalement matrisables

XXMore information: Yijie Shen et al, Topological transformation and free-space transport of photonic hopfions, Advanced Photonics (2023). DOI: 10.1117/1.AP.5.1.015001

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Topological near fields generated by topological structures

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mardi 24 janvier 2023

sciences energies environnement.GALAXIES LOINTAINES ...

Record-breaking detection of radio signal from atomic hydrogen in extremely distant galaxy

by Indian Institute of Science

TRADUCTION DU JOUR

((Détection record du signal radio de l'hydrogène atomique dans une galaxie extrêmement lointaine

par l'Institut indien des sciences

Illustration montrant la détection du signal d'émission d'hydrogène atomique de 21 cm à lentille d'une galaxie lointaine. 1 crédit

Des astronomes de l'Université McGill au Canada et de l'Institut indien des sciences (IISc) à Bengaluru ont utilisé les données du radiotélescope géant à ondes métriques (GMRT) à Pune pour détecter un signal radio provenant de l'hydrogène atomique dans une galaxie extrêmement éloignée. La distance astronomique sur laquelle un tel signal a été capté est la plus grande jusqu'à présent et de loin. Il s'agit également de la première détection confirmée d'une forte lentille d'émission de 21 cm d'une galaxie. Les résultats ont été publiés dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.

L'hydrogène atomique est le combustible de base nécessaire à la formation d'étoiles dans une galaxie. Lorsque le gaz ionisé chaud du milieu environnant d'une galaxie tombe sur la galaxie, le gaz se refroidit et forme de l'hydrogène atomique, qui devient alors de l'hydrogène moléculaire et conduit finalement à la formation d'étoiles. Par conséquent, comprendre l'évolution des galaxies au cours du temps cosmique nécessite de retracer l'évolution du gaz neutre à différentes époques cosmologiques.

L'hydrogène atomique émet des ondes radio d'une longueur d'onde de 21 cm, qui peuvent être détectées à l'aide de radiotélescopes à basse fréquence comme le GMRT. Ainsi, l'émission de 21 cm est un traceur direct de la teneur en gaz atomique dans les galaxies proches et lointaines. Cependant, ce signal radio est extrêmement faible et il est presque impossible de détecter l'émission d'une galaxie lointaine à l'aide des télescopes actuels en raison de leur sensibilité limitée.

Jusqu'à présent, la galaxie la plus éloignée détectée à l'aide d'une émission de 21 cm était au décalage vers le rouge z = 0,376, ce qui correspond à un temps de rétrospection - le temps écoulé entre la détection du signal et son émission d'origine - de 4,1 milliards d'années. (Le décalage vers le rouge représente le changement de longueur d'onde du signal en fonction de l'emplacement et du mouvement de l'objet ; une plus grande valeur de z indique un objet plus éloigné.)

À l'aide des données du GMRT, Arnab Chakraborty, chercheur postdoctoral au Département de physique et à l'Institut spatial Trottier de l'Université McGill, et Nirupam Roy, professeur agrégé, Département de physique, IISc ont détecté un signal radio de l'hydrogène atomique dans une galaxie lointaine à redshift z= 1.29.

Images du signal atomique de l'hydrogène, du spectre de détection et de la lentille. Crédit : Panneaux de gauche et du milieu : Chakraborty & Roy, GMRT/NCRA-TIFR Panneau de droite : ESA/NASA HST et eHST/STScI/CADC

"En raison de l'immense distance à la galaxie, la ligne d'émission de 21 cm s'était décalée vers le rouge à 48 cm au moment où le signal a voyagé de la source au télescope", explique Chakraborty. Le signal détecté par l'équipe a été émis depuis cette galaxie alors que l'univers n'avait que 4,9 milliards d'années ; en d'autres termes, le temps de rétrospection de cette source est de 8,8 milliards d'années.

Cette détection a été rendue possible par un phénomène appelé lentille gravitationnelle, dans lequel la lumière émise par la source est courbée en raison de la présence d'un autre corps massif, tel qu'une galaxie elliptique de type précoce, entre la galaxie cible et l'observateur, entraînant effectivement le "grossissement" du signal. "Dans ce cas précis, le grossissement du signal était d'environ un facteur de 30, nous permettant de voir à travers l'univers à décalage vers le rouge élevé", explique Roy.

L'équipe a également observé que la masse atomique d'hydrogène de cette galaxie particulière est presque deux fois plus élevée que sa masse stellaire. Ces résultats démontrent la faisabilité d'observer le gaz atomique des galaxies à des distances cosmologiques dans des systèmes à lentilles similaires avec un temps d'observation modeste. Cela ouvre également de nouvelles possibilités passionnantes pour sonder l'évolution cosmique du gaz neutre avec des radiotélescopes à basse fréquence existants et à venir dans un proche avenir.

Yashwant Gupta, directeur du centre au NCRA, a déclaré : « Détecter l'hydrogène neutre dans les émissions de l'Univers lointain est extrêmement difficile et a été l'un des principaux objectifs scientifiques du GMRT. Nous sommes satisfaits de ce nouveau résultat révolutionnaire avec le GMRT, et espérons que la même chose peut être confirmée et améliorationPlus d'informations

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COMMENTAIRES

Bravo pour cette utilisation du red shift sur l hydrogene des galaxies lis plus lointaines !

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More information: Arnab Chakraborty et al, Detection of H i 21 cm emission from a strongly lensed galaxy at z ∼ 1.3, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac3696

Journal information: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

Provided by Indian Institute of Science

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