Le 24 février 2016 à 16h48

Le Monde selon la physique ( PHYSICS WORLD FEV 2016 suite )

  

6 :RESUME

Quantum-limited heat conduction smashes long-distance record

Feb 8, 2016

Ultra-efficient heat transfer could keep quantum computers cool

 Des physiciens en Finlande ont montré qu'il est possible de conduire la chaleur sur des distances macroscopiques   presque jusqu’à l'efficacité maximale permise par la mécanique quantique. En dirigeant  des photons le long d'un guide d'ondes supraconducteur, les chercheurs ont transféré la chaleur entre deux résistances espacées jusqu'à un mètre de distance - environ 10.000 fois plus qu'auparavant à la limite quantique. Ils disent que leur technique pourrait un jour être utilisée pour  aider  à refroidir les puces dans les ordinateurs quantiques.

La mécanique quantique nous dit que le flux de chaleur,  tout comme un courant électrique, peut être quantifiable. Si un fil est rendu  si mince qu'un électron  dont  la  fonction d'onde transversale ne peut assumer aucune configuration possible  en se  déplaçant  le long du fil, alors  il existe une limite supérieure à la vitesse à laquelle l'énergie électrique peut être transmise pour toute tension donnée. De même, il y a une vitesse maximale à laquelle l'énergie thermique peut être transférée le long d'un canal unique par  connexion d'un bain chaud   à un bain froid  pour des bains  à des températures données. Ceci n’ est  que le quantum de conductance thermique, qui est atteint lorsque le bain chaud émet de l'énergie parfaitement, lorsque  le bain froid absorbe parfaitement, et qu’ il n'y a aucune perte de chaleur le long du chemin.

Pour un bain chaud à 1 K relié à un plus froid à 0,9 K, la chaleur circule à 100 fW; mille milliardième de  ce qui peut  partir d'une ampoule à incandescence. Les physiciens ont déjà observé cette «conduction thermique quantique limitée" dans une variété de systèmes physiques; en 2013, par exemple, les chercheurs du Laboratoire CNRS de Photonique et de Nanostructures à Paris ont vu dans un point de contact électronique assis dans un gaz d'électrons 2D. À ce jour, cependant, ces observations ont été limitées à des distances allant jusqu'à 50 um

Les auteurs ont continué les manips en utilisant des photons dans un montage approprié et en réussissant  a atteindre des distances plus grandes

MON COMMENTAIRE /Il est surement intéressant de faire rentrer le concept  de conductance thermique ( et son corollaire  la résistivité thermique)  dans la classe des phénomènes  quantiques ….Mais lorsqu’ on interroge   les chercheurs ils se projettent sur l’utilité possible  de leur découverte  pour cet ordinateur quantique dont tout le monde rêve !!!C ‘est ce qui me fait immédiatement rigoler sachant ce qu’ il en coute de travailler à d’ aussi basses températures !

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7 : Traduction

Physicists plan to seek Higgs force in atomic spectra

Feb 9, 2016 6 comments

Isotope shift could provide a table-top test of how the Higgs boson couples to matter

Une nouvelle façon de mesurer la façon dont le boson de Higgs se  couple avec d'autres particules élémentaires a été proposée par des physiciens en France, en Israël et aux États-Unis. Leur technique impliquerait  de comparer  les spectres de plusieurs isotopes différents d'un même atome  pour  voir comment la force ( du champ)  de  Higgs entre les électrons de l'atome et son noyau affecte les niveaux atomiques d'énergie.

L'effet de la force de Higgs est minuscule, mais les chercheurs disent que  le test impliquerait  des technologies qui existent déjà et que certaines des mesures nécessaires ont déjà été faites. La mesure fournirait  des informations importantes sur la façon dont le Higgs se  couple aux  électrons et aux  quarks, et viendrait compléter les données tirées de collisions  utilisant le Large Hadron Collider (LHC) au CERN.

Après avoir découvert le boson de Higgs au LHC en 2012, les physiciens des particules veulent maintenant comprendre comment il se  couple à de  la matière telle que les électrons et les quarks. Tout écart de ces accouplements par rapport au modèle standard de la physique des particules pourrait révéler si le mécanisme de Higgs est responsable pour les masses de fermions chargés, y compris l'électron. Une nouvelle façon de mesurer ces écarts a été proposée par Cédric Delaunay du CNRS, France, Roee Ozeri et Gilad Perez de l'Institut des sciences Weizmann en Israël et Yotam Soreq de l'Institut de Technologie du Massachusetts aux États-Unis.

Selon le modèle standard, le couplage Higgs crée une force d'attraction entre l'électron et le noyau. Cette force décroît rapidement avec la distance  au noyau, ce qui signifie qu'il aura un effet beaucoup plus important sur les électrons dans les orbitales S (qui se chevauchent sur  le noyau) que sur les électrons dans  les  orbitalesP, D ou F (qui ne le  font pas). Les énergies de photons émis quand un électron se déplace à partir d'un niveau  P, D ou F  d’orbitale à une S orbitale seraient donc plus grandes que si la force Higgs n’était  pas présente.

Une façon de voir cette différence serait d'utiliser différents isotopes d'un même noyau. Comme les isotopes auraient un  nombre différent de neutrons, la force de  Higgs devrait être plus élevée pour  les isotopes avec plus de neutrons. Cela conduirait à une différence d'énergie entre la même transition atomique dans différents isotopes – par  l’intervention du  Higgs.

Le problème est qu'il existe d'autres différences isotopiques intervenant dans les spectres atomiques qui sont beaucoup plus grandes que celles qui sont liées à la force Higgs. Le changement de masse (MS) est liée à l'effet des différentes masses de noyaux isotopiques et à la variation de  champ  (FS) pour les différentes distributions de charge trouvées dans différents isotopes. Alors que  MS et FS sont diaboliquement difficiles à calculer, il existe une relation linéaire bien connue qui relie les paramètres FS et MS aux changements observés.

L'idée de l'équipe est alors  de mesurer les variations de deux transitions différentes  pour  quatre isotopes d'un même atome et d’ afficher les données sur un graphique  « Maitre »". S'il n'y a pas de couplage de Higgs, les données seront représentées par une ligne droite. Mais s'il y a un couplage Higgs – comme décrit par le modèle standard - il y aura un petit écart par rapport à une ligne droite. Il est probable que cet écart sera trop faible pour être mesuré, mais si le couplage Higgs est beaucoup plus grand que prévu par le modèle standard, les chercheurs disent qu'il devrait devenir  mesurable en utilisant la spectroscopie atomique  dans son meilleur état de l’art

Delaunay et Soreq disent à  Physicsworld.com qu'une telle mesure pourrait fournir des informations importantes pour les physiciens des particules qui essaient de comprendre comment le Higgs   se couple  aux  quarks et aux  électrons - quelque chose qui sera difficile à extraire de données des collisions du LHC. "La méthode que nous proposons est un exemple - le premièr  que l’on sache  - sur  la façon dont  des  expériences de paillasses  pourraient nous donner des informations complémentaires," expliquent-ils. "Il est important de mieux comprendre l'origine de la masse de ces  blocs de construction de la matière - est-ce le mécanisme de Higgs, ou d'autres encore et  de sources inconnues?"

"Sur le plan qualitatif, leurs arguments  a du  sens», explique Andrei Derevianko de l'Université du Nevada, Reno. "Cependant, une analyse détaillée  de la structure atomique est nécessaire - et ils sont bien conscients de cette nécessité - à faire en sorte que l'effet est en effet aussi grand qu' ils le prétendent."

Marianna Safronova de l'Université du Delaware pense également que la proposition pourrait être viable, mais souligne qu'une expérience réussie aurait  à  séparer précisément les effets de l'interaction faible. Elle est également d'accord avec la conclusion de l'équipe qui selon  laquelle  les isotopes d’ ytterbium seraient un bon  terrain  de chasse  pour chercher l'effet, mais ajoute que le calcium peut être un autre candidat viable. Dmitry Budker, un physicien expérimental à l'Université de Californie, Berkeley, a déclaré lui à  Physicsworld.com qu'il prévoit de collaborer avec l'équipe pour essayer de faire les mesures. "Il ne sait pas encore  quel  système spécifique atomique - des atomes et / ou des ions ?-. serait le  meilleur  pour cela, et il n’ est donc également pas clair où les expériences seront réalisées mais  je vois une possibilité passionnante  potentielle  de procéder à ces tests  pour  une gamme de systèmes et dans  différents laboratoires et installations ".

La proposition est décrite dans une prépublication sur arXiv.

A propos de l'auteurHamish Johnston est rédacteur en chef de physicsworld.com

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 MON COMMENTAIRE /J’affirme que la découverte du champ et du boson de  HIGGS   , n’a pas  fait faire  un millimètre  de plus dans la compréhension que nous   donne le modèle standard des particules  sur le pourquoi des  valeurs des masses   …..Ceci étant , si quelqu ‘un  veut bien se dévouer à faire des manips    sur des mesures ultra précises des niveaux  s , p d etc  par spectroscopie atomique  avec ces isotopes   d’ytterbium ….Pourquoi pas ? Et si Cédric Delaunay du CNRS, France, Roee Ozeri et Gilad Perez de l'Institut des sciences Weizmann en Israël et Yotam Soreq de l'Institut de Technologie du Massachusetts aux États-Unis ne le font pas mais se contentent de jouer aux théoriciens  prédicateurs  , c’est je suppose  qu’ ils  n’ont pas les appareils ou la connaissance …..Je reommande a mes lecteurs de lire le forum en anglais  pour jauger les objections   sur les  manips  de la part  de  M.ASGHAR et  JOHN DUFFIELD

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8 : RESUME

Trees break at fixed wind speed, irrespective of size or species

Feb 10, 2016 3 comments

Critical speed is derivable from a few simple scaling laws

Pendant les orages, il y a une vitesse critique du vent, de l'ordre de 42 m / s (90 mph), à laquelle presque tous les troncs d'arbres se cassent -  Et ceci quelle que soit leur taille ou espèce - selon une nouvelle étude réalisée par des chercheurs en France. En effet, l'équipe a montré que le phénomène de rupture peut être expliqué par une loi d'échelle simple, expliquant pourquoi la vitesse critique du vent est largement indépendante du  diamètre,  de la hauteur de l'arbre ou des propriétés élastiques de  l’essence

Dans un fort vent, un arbre peut se  briser suivant  l'un des trois mécanismes. Le déracinement peut se produire  par  rez-de- sol imbibé par la  pluie, ou bien  si les racines de l'arbre sont pourries. Par ailleurs, si les racines peuvent tenir, il devient alors possible que ce  soit  le tronc d'arbre qui  présente  le  risque de la rupture - soit par torsion ou, plus couramment, par la  flexion. Dans leur étude, Emmanuel Virot et ses collègues de l'Ecole Polytechnique et de l'ESPCI ParisTech se sont concentrés principalement sur ce dernier phénomène, qui est appelée «implantation de tige »

MON COMMENTAIRE  / L’article m’ a appris que  Leonardo da Vinci, Galileo Galilei  et le  Comte de Buffon avaient travaillé sur ce sujet  que je trouve intelligent et utile  ……ET que LA FONTAINE  nous a finalement bien résumé dans «   le   Chène et le roseau »

 J’étais personnellement concerné par ce sujet depuis que la tempête de 1999  avait choisi de déraciner  l’un des deux arbres très voisins du fond de mon jardin ( un  érable  sycomore de 15m) de même hauteur et de même ampleur de branches  ….. Pourquoi l’un et pas l’autre , m’étais-je dit ???? Le 3 ème un peu plus loin ( un chêne de 25 m)  avait résisté !

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 9 :  TRADUCTION

Theorists disentangle particle identity

Feb 12, 2016 4 comments

New view on entanglement could boost quantum technology

Depuis  des années, les physiciens ont débattu de la manière de quantifier l'intrication  de particules identiques. Or, deux théoriciens en Italie  viennent de  montrer que cela peut être fait en utilisant le formalisme appliqué aux particules généralement non identiques, du moins  tant que les particules sont considérées ensemble comme un tout indivisible. Ils prédisent que leur travail pourrait améliorer le traitement quantique de l'information, où l’intrication  des particules identiques est essentielle.

L'intrication est purement un processus  de mécanique quantique qui permet à deux ou plusieurs particules  d’avoir  une relation beaucoup plus étroite que ce qui est permis par la physique classique, et  tel que la mesure de l'état quantique de l'un d'eux  instantanément corrigera celle de l'autre, peu importe à quelle distance elles soient.

Par exemple, si une particule est reconnue  avoir son moment cinétique intrinsèque (spin) pointant vers le haut,  l'autre sera automatiquement avec son spin pointant vers le bas, et vice versa. Les deux particules sont dites «intriqué au maximum» lorsque, au cours de mesures répétées, les états de spin-up / spin-down et de spin-down / spin-up sur tout axe, sont observés avec la même fréquence. Si  dans l'association l un apparait    plus souvent que l'autre, alors  l'intrication  est inférieure  à un.

Pour déterminer l’intensité de l’intrication   dans tout système quantique particulier, les physiciens calculent l'analogue en  mécanique quantique de l'entropie classique connue sous le nom de entropie Von Neumann. À ce jour, toutefois, cette approche a été limitée à ce qui est connu en tant que particules non identiques ou distinctes. Deux quelconques des particules ne sont pas identiques si elles sont de deux types différents, par exemple un électron et un proton, ou alors  du même type, mais sont suffisamment éloignées dans l'espace pour  que leurs fonctions d'ondes quantiques ne se chevauchent pas.

En revanche, les physiciens ont pu se mettre d'accord sur un moyen de quantifier l'intrication entre les particules identiques. Dans ce cas, les particules sont suffisamment proches pour que leurs fonctions d'onde se chevauchent, et il est impossible de dire si les résultats de deux mesures successives se rapportent à une particule spécifique ou non. En d'autres termes, les corrélations quantiques inhérentes entre les deux particules brouillent les cartes en ce qui concerne la détermination  de l'intrication entre elles . Selon Rosario Lo Franco, de l'Université de Palerme, les tentatives pour  quantifier l’intrication entre particules identiques "restent techniquement maladroites et pas intuitives» et, dit-il, ne génèrent  pas toujours le même résultat.

Dans leur dernier travail , Lo Franco et  son collègue Giuseppe Compagno de  Palerme ont montré qu'il est possible d'utiliser le formalisme de  Von Neumann, même dans le cas de particules identiques. Pour ce faire, ils évitent, comme Compagno le dit, «l'attribution artificielle d’étiquettes non physiques", comme "1" et "2" ou "A" et "B", à deux particules identiques. A la place , ils  considèrent  les deux particules comme une seule entité décrite par une fonction d'onde exprimée en termes de quantités physiques d'une seule particule.

En faisant cela, les chercheurs ont été alors  en mesure de quantifier l'effet du type de particules et la séparation des particules sur l’intrication. Ils ont constaté que deux particules de spin opposé et  avec  des fonctions d'onde qui se chevauchent partiellement sont plus intriquées quand elles

sont plus rapprochées, et ils ont également constaté que l’intensité  de l'intrication dépend  de si les particules sont des bosons (ayant un  spin entier) ou des  fermions (qui ont demi spin -entier ). Mais ils ont constaté que deux particules de spin opposé seront entièrement intriquées quand elles sont situées au même point dans l'espace (dans les limites du principe d'incertitude d'Heisenberg), indépendamment du type de particule.

Ces caractéristiques, disent les chercheurs, permettent la création de ce qu'ils appellent  des «portes d’intrications ", dans lesquelles  les particules de spin opposé deviennent  plus  intriquées   quand elles sont rapprochées et deviennent totalement intriquées  quand elles occupent le même site. En effet, les chercheurs soulignent qu'un tel dispositif a été étudié  l'année dernière par les physiciens de l'Université du Colorado aux États-Unis, qui ont montré que deux atomes de rubidium placés dans états de spin opposés sont  devenus pleinement intriqués lorsqu'ils sont amenés ensemble à l'aide de pinces optiques.

Lo Franco et Compagno  ont également constaté que des particules identiques seront toujours au moins aussi intriquées que des particules non-identiques placées dans le même état quantique. «Cela suggère que des particules identiques peuvent être plus efficaces que des distinctes pour des tâches quantique d’ information basées  sur l intrication ," dit Lo Franco.

Nathan Killoran de l'Université d'Ulm en Allemagne estime que la nouvelle recherche contribue à soutenir l'idée que l'intrication  entre  particules identiques   n’est pas seulement un artefact mathématique, comme certains physiciens ont soutenu. Il pense aussi qu'elle pourrait aider les scientifiques à «exploiter les grands magasins d'intrication » contenues dans des particules identiques pour l’utilisation dans des applications telles que l'état  de téléportation, la métrologie quantique et la cryptographie quantique. "L’intrication  peut être considérée comme un« carburant »pour de nombreuses technologies quantique de l'information," dit-il.

La recherche est publiée dans la revue Nature rapports scientifiques.

A propos de l'auteurEdwin Cartlidge est un écrivain de science basée à Rome

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 Mon commentaire : l’auteur de l’article de  PHYSICS WORLD     n’a pu (selon moi) que difficilement résumer le travail de  FRANCO /COMPAGNO….J’encourage mes lecteurs intéressés par  ce travail   à aller consulter l’original sur  la revue Nature …..Le concept de non localité n n’est pas spécifiquement concerné par cette étude , tout au contraire consacrée à l’influence des recouvrements de propriétés quantiques   dans l’intrication pleine ou partielle ….. Je vous en présente une photo essentielle !Figure 3

(A) Entanglement  as a function of a2 for θ = 0 and χ = 0.3 for bosons (blue dotted line) and fermions (orange dashed line), compared to the corresponding entanglement of nonidentical particles  (red solid line).  is always over the “nonidentical particle fence” delimited by , collapsing to it when χ = 0. (B) Density plot of bosonic entanglement , for a = 0.5, as a function of both relative phase θ and overlap parameter χ. The corresponding nonidentical particle entanglement, retrieved when χ = 0, is constantly equal to . (C) Density plot of the difference between bosonic and fermionic entanglement, for a = 0.5.

 Cela fait longtemps que j’ai expliqué ici les  divers sens de l’entropie et je rappelle pour les lecteurs curieux que  ce n’est  qu’en 1957,  qu’Edwin Thompson Jaynes démontra le lien formel existant entre l'entropie macroscopique introduite par Clausius en 1847 puis par  Boltzmann , la microscopique introduite par Gibbs, et l'entropie mathématique de Shannon ( dite de VON NEUMANN  pour le sens quantique). Cette découverte fut qualifiée par Myron Tribus de  révolution passée inaperçue…

 EN RESUME, dans la théorie de l’information   les systèmes sont modélisés   comme transmetteur  , canal , receveur  ….L’entropie est une mesure de l’imprédictibilité  du contenu de l’information  car tout canal peut se révéler imparfait et générer du «  bruit »  ….. et que l’entropie de SHANNON   de ce texte  désigne la valeur moyenne attendue  de l’information  contenue dans tout message

 A SUIVRE