LE MONDE SELON LA PHYSIQUE/PHYSICS WORLD / OCT 2017 FIN

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L'hydrogène métallique liquide sur Jupiter a-t-il été recréé en laboratoire?ns

Has liquid metallic hydrogen on Jupiter been recreated in the lab?

Sous pression: de l'hydrogène métallique liquide a-t-il été fabriqué dans des conditions trouvées sur Jupiter?

 I l y a  peu de revendications sur les états métalliques de l'hydrogène superdense  qui n’aient pas   été contestées, et la dernière ne fait pas exception. Deux chercheurs de l'Université de Harvard aux États-Unis rapportent aujourd'hui l'observation d'un liquide électriquement conducteur dans l'élément comprimé  obtenu en laboratoire à des pressions extrêmement élevées. Ils disent que leur hydrogène métallique liquide pourrait être comme la substance présente dans les intérieurs des planètes géantes gazeuses telles que Jupiter et Saturne, et correspondrait  aux observations récentes du champ magnétique de Jupiter. Mais d'autres experts remettent en question ces interprétations.

L'idée que l'hydrogène pourrait devenir métallique à haute pression remonte à une proposition théorique en 1935. Une telle phase solide à haute pression a été recherchée depuis, renforcée par la suggestion en 1968 que ce solide pourrait être supraconducteur à température ambiante. Personne n'a jamais vu un tel état de manière convaincante, bien que dans un travail controversé publié plus tôt cette année, Isaac Silvera et Ranga Dias à Harvard ont prétendu l'avoir fait.

Mais l'hydrogène liquide devrait être métallique aussi à haute pression, et des preuves de cela ont été rapportées au milieu des années 1990. , Mohamed Zaghoo, travaillant avec Silvera à Harvard, dit maintenant que leurs observations d'hydrogène liquide pressées jusqu'à 140-170 gigapascals (1,4 million d'atmosphères) dans une cellule à enclume de diamant à haute pression et chauffée au laser à des températures de 1800-2700 K " révèle qu'il est beaucoup plus conducteur qu'on ne le pensait auparavant. "

Lorsque l'échantillon d'hydrogène est devenu métallique, ils ont remarqué que sa réflectance augmentait fortement. "A une certaine température de transition, la réflectance a brusquement augmenté à 50-55%,ce sont  des valeurs typiques d’un comportement métallique", explique Zaghoo. Les chercheurs ont calculé la conductivité à partir de cette réflectance, en supposant que c'est un simple métal avec des électrons libres. Ils l'ont trouvé 5-7 fois plus élevée qu'une valeur mesurée pour l'hydrogène liquide comprimé par choc en 1996.

L'existence d'un tel état métallique à l'intérieur de Jupiter est, pense Zaghoo, la raison pour laquelle la planète possède un champ magnétique. "L'implication immédiate [du résultat] est que le champ magnétique de Jupiter devrait être plus fort que précédemment", dit-il. "Et le champ devrait également provenir d’endroits beaucoup plus près de la surface que supposé." Zaghoo arrive à cette conclusion parce que leurs conditions expérimentales sont similaires à celles d'un rayon de 84% du rayon planétaire complet, et les chercheurs estiment que la couche de dynamo planétaire peut en fait s'étendre jusqu'à au moins 91% du rayon.

Cela le rend beaucoup plus proche de la surface extérieure que ce que l'on pensait auparavant. Mais Zaghoo dit que, après que lui et Silvera aient publié une pré-impression de leur article sur l'arXiv en janvier, "à notre grande surprise, quelques mois plus tard, les résultats de la mission spatiale Juno confirmaient exactement ce que suggéraient nos expériences."

Cependant, tout le monde n'est pas convaincu. Le scientifique planétaire David Stevenson du California Institute of Technology à Pasadena estime que le nouveau résultat n'ajoute pas beaucoup plus  à cettereprésentation . "Leurs expériences ne sont pasmenées  pour des conditions de pertinence àdans la région extérieure de Jupiter", dit-il. "Ce qu'ils ont fait, c'est extrapoler vers l'extérieur pour réduire la pression, et c'est discutable."

Pendant ce temps, William Nellis, un expérimentateur à haute pression qui travaille à Harvard indépendamment du groupe de Silvera  et a rapporté la valeur plus faible de la conductivité en phase liquide, soutient que les auteurs ont trouvé une autre région conductrice liquide de celle qu'il voyait, les deux régions ont été préparées par différentes techniques. Ils ne peuvent pas être la même phase, dit-il, parce qu'ils ont des densités différentes.

Cependant, la mesure antérieure est fiable, dit-il, parce que cette conductivité a été mesurée par un sondage électrique direct, alors que "dériver la conductivité à partir d'une théorie de l'électron libre peut introduire des erreurs systématiques inconnues". Si deux de ces phases existent dans cette région du diagramme de phase, la question de savoir  ce qui pourrait être pertinent pour les conditions planétaires reste ouverte.

Pour en savoir plus sur les allégations entourant l'hydrogène métallique liquide, consultez notre rubrique "Montrez-nous votre métal"

A propos de l'auteur

Philip Ball est un écrivain scientifique et journaliste basé à Londres

MON COMMENTAIRE

Pour un chimiste , héritier du tableau de Mendeleïev  , il n y a aucun doute que l’hydrogène sous des conditions idoines ne se retrouve pas en situation de métal de » plein droit » ….Mais le physicien , plus méfiant ou plus » pinailleur » sait que le diagramme de l’hydrogène solide montre des  domaines plus diversifiés qu’on pourrait l’attendre  ( voir ma photo)

 et donc présenter des conductibilités thermiques  spécifiques à chaque phase ….A très haute pression  , il me semble   inéluctable qu’ une conductibilité électrique  finisse par « pointer son nez «  à une température  qui permette le passage du « gaz d’électrons » à travers n importe quelle des phases solides……

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Un  guide d'onde en silicium montre zéro comme indice de réfraction

Silicon waveguide shows zero refractive index

Oct 25, 2017

Guiding light (expand for full image)

25 oct. 2017

Impression d'artiste d'un guide d'onde à indice zéro

Lumière de guidage (agrandir pour l'image complète)

Des physiciens de l'Université Harvard aux Etats-Unis ont construit un guide d'onde en silicium qui présente un indice de réfraction proche de zéro lorsqu'il fonctionne à des longueurs d'onde de télécommunication dans le proche infrarouge. Ce guide d'ondes peut transmettre l'énergie plus efficacement que les conceptions précédentes, offrant des applications potentielles en informatique et en communications.

La plupart des matériaux ont un indice de réfraction supérieur à un, ce qui signifie qu'ils réduisent à la fois la vitesse et la longueur d'onde de la lumière qui les traverse par rapport au passage de la lumière dans le vide. Mais un matériau avec un indice de réfraction nul augmente la vitesse et la longueur d'onde de la lumière à l'infini, en laissant une variation temporelle mais pas spatiale. (L'effet ne contredit pas la relativité restreinte car il considère la phase d'une onde, qui ne porte aucune information.)

Orad Reshef, qui est maintenant à l'Université d'Ottawa, racnte  qu'il a été inspiré d'étudier des matériaux avec un indice de réfraction nul parce que «zéro  restait  un concept tellement  abstrait». Mais, plus concrètement, il affirme que les matériaux à indice zéro pourraient stimuler la non-linéarité dans la lumière, une exigence de longue date qui n'a pas encore été satisfaite pour les ordinateurs optiques. Cela signifierait qu'un photon était  capable de dicter le comportement d'un autre, permettant ainsi des transistors optiques et d'autres types de commutateurs.

Comme l'indice de réfraction d'un matériau est défini comme la racine carrée de sa permittivité relative et de sa perméabilité relative multipliées ensemble, un indice de  zéro peut en principe être obtenu en mettant la permittivité à zéro. Ceci, en fait, a été fait en utilisant des métaux aux fréquences radio et infrarouge lointain, mais Reshef souligne que cela a été réalisé avec une perméabilité finie. En tant que tel, dit-il, l'impédance - définie comme la racine carrée de la perméabilité sur la permittivité - "explose", ce qui signifie qu'il devient presque impossible de transférer le rayonnement électromagnétique entre le matériau et le monde extérieur.

Il y a deux ans, le groupe de Harvard a rapporté avoir surmonté ce problème en utilisant un métamatériau - un ensemble de petites structures artificielles manipulant la lumière. Le métamatériau consistait dans ce cas en un réseau de piliers en silicium de 400 nm de diamètre noyés dans un matériau polymère et revêtus de films d'or. L'or, en agissant comme un miroir, était nécessaire pour rendre les piliers en effet infiniment grands, ce qui devrait réduire la perméabilité de toutes les ondes lumineuses passant à zéro.

Les chercheurs ont démontré une réfraction à indice zéro en dirigeant la lumière vers une formation en forme de prisme des piliers de silicium et en mesurant l'angle d'émergence de la lumière du côté opposé du prisme. Ce résultat représente une étape importante vers des applications pratiques basées sur des puces, explique Reshef, car contrairement aux précédents métamatériaux à indice zéro, la lumière pourrait se propager parallèlement au substrat de silicium. Cependant, il souligne qu'un prisme lui-même est «une structure entièrement inutile», car il ne peut pas être construit plus petit qu'une certaine taille et parce que la lumière en émerge

Dans le dernier travail, le groupe a façonné le métamatériau dans un guide d'onde - l'équivalent photonique d'un fil électrique. Le guide d'ondes se compose d'une seule rangée de métamatériaux, mais plutôt que de piliers de silicium assis dans l'air, il est plutôt constitué de trous d'air semi-circulaires dans une bande de silicium. La plus grande concentration de silicium signifie qu'il n'y a plus besoin de revêtements dorés, ce qui réduit les coûts et maintient le silicium plus pur.

Parce que le guide d'ondes n'a pas de faces inclinées, le groupe a dû trouver une autre façon de prouver que  la réfraction  était à indice zéro. Ingénieusement, il a alimenté la lumière dans les deux extrémités de l'appareil pour mettre en place une onde stationnaire. Normalement, les pics et les creux d'une telle onde seraient trop rapprochés pour être visibles, mais l'indice de réfraction très faible à l'intérieur du guide d'ondes signifiait qu'ils étaient étirés suffisamment loin pour être vus avec un microscope optique.

Juste à quelle distance dépendait fortement de la longueur d'onde d'entrée. Les chercheurs ont observé qu'à environ 1625 nm, les pics et les creux de l'onde stationnaire sont devenus si étendus qu'un seul était visible à la fois. Compte tenu de la taille finie du guide d'onde, ils n'ont pas pu conclure  définitivement qu'ils avaient observé un indice de réfraction nul, mais ils sont descendus à 0,03. "Personne n'a jamais vu une onde infiniment longue", dit Reshef. "En tant que physiciens, nous avons tous pensé que c'était à couper le souffle."

Masaya Notomi de NTT Basic Research Laboratories au Japon applaudit Reshef et ses collègues pour avoir démontré simultanément qu’un  indice zéro de réfraction et basse impédance fonctionne dans un guide d'onde unidimensionnel "étonnamment simple". Mais il ajoute que d'autres recherches sont nécessaires pour des applications pratiques, étant donné une perte de rayonnement importante du guide d'ondes.

La recherche est publiée dans ACS Photonics.

A propos de l'auteur

Edwin Cartlidge est un écrivain scientifique basé à Rom

MON COMMENTAIRE

Je rappelle en outre que c’est la valeur de cet indice de réfraction différente de  zéro qui  est  responsable de la perte de 0,4 % de l’énergie à chaque fois que la lumière rentre ou sort de votre paire de lunettes !!

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Les physiciens créent le premier laser «topologique»

Physicists create first 'topological' laser

Oct 27, 2017

Exploring all options: the new topological laser can have any shape of laser cavity

27 oct. 2017

Photo de chercheurs faisant un laser topologique

Explorer toutes les options: le nouveau laser topologique peut avoir n'importe quelle forme de cavité laser

Un nouveau type de laser, dans lequel la lumière serpente autour d'une cavité de n'importe quelle forme sans diffusion, a été développé par des chercheurs américains. Ils prétendent que leur "laser  est  topologique",  fonctionne aux longueurs d'onde de télécommunication,  et pourrait permettre une miniaturisation améliorée de la photonique au silicium ou même protéger des informations quantiques de la diffusion.

Les isolants topologiques sont des matériaux qui ne transportent pas de courants électriques dans leur volume, mais qui passent par des états de bords. Fondamentalement, ces états voyagent toujours dans une direction, se dirigeant soigneusement autour des coins et des imperfections dans la surface sans dispersion ou fuite.

De tels courants électriques "topologiquement protégés" peuvent être induits dans une mince feuille d'un conducteur quelconque en induisant un champ électrique à travers la feuille et un champ magnétique perpendiculaire à celle-ci. Dans la masse, les électrons voyagent simplement en cercles, mais sur les bords ils sautent en demi-cercle.

Bien que les photons n'aient pas de moment magnétique et ne réagissent donc pas directement à un champ magnétique, un effet analogue peut être obtenu en utilisant des électrons excités par la lumière incidente. De tels électrons répondent différemment à un champ magnétique que s'ils n'avaient pas été excités, et influencent à leur tour différemment la lumière.

"L'interaction des photons avec le champ magnétique est médiatiée par le matériau", explique Boubacar Kanté, physicien appliqué à l'Université de Californie à San Diego. C'est la théorie - et cela fonctionne bien aux basses fréquence

Cependant, aux longueurs d'onde infrarouges utilisées en photonique au silicium, les matériaux répondent si faiblement aux champs magnétiques que de nombreux chercheurs ont supposé qu'il ne serait pas possible d'ouvrir une bande interdite optique - une région spectrale dans laquelle la masse d'un matériau ne peut transmettre les ondes électromagnétiques .

Sans se laisser démonter, Kanté et certains de ses étudiants «ont commencé à faire des calculs pour vraiment vérifier si certaines de ces hypothèses étaient correctes». Ils ont réalisé que, bien qu'il soit possible de bloquer la transmission en masse dans une bande de longueur d'onde minuscule, cet inconvénient serait utile dans un laser, qui est censé avoir une largeur de ligne étroite.

Pour le savoir, les chercheurs ont utilisé deux cristaux photoniques - des nanostructures optiques périodiques - fabriqués à partir de phosphure d'arséniure de gallium et d'indium. Ils ont placé l'un dans l'autre au-dessus d'une couche de grenat de fer magnétique yttrium minéral magnétique. Le cristal photonique interne consistait en une série de cellules unitaires en forme d'étoile disposées dans un treillis carré, alors que les cristaux externes avaient un treillis triangulaire de trous cylindriques. L'interface entre les deux cristaux est la cavité laser, dans laquelle l'amplification laser peut avoir lieu.

Les différents motifs des deux cristaux photoniques ont donné naissance à un état de bord photonique robuste et unidirectionnel, tout comme les états de bords électroniques dans un isolant topologique. Le champ magnétique a ouvert une largeur de bande optique de seulement 42 picomètres dans les cristaux photoniques massifs, les rendant tous les deux parfaitement réfléchissants à environ 1550 nm - la région de longueur d'onde la plus souvent utilisée pour la transmission par fibre optique.

«Si je prends deux miroirs topologiquement distincts», explique Kanté, «alors, parce qu'ils sont des miroirs, la lumière ne peut pénétrer dans  les cristaux, mais, parce qu'ils sont topologiquement distincts, la lumière peut se propager entre eux».

Le phosphure d'arséniure de gallium et d'indium émet spontanément de la lumière lorsqu'il est excité par un laser, cette lumière remplissant l'état de bord existant entre les matériaux topologiquement distincts. Cet état de bord peut ensuite être utilisé pour créer une cavité laser de toute forme à l'épreuve de la diffusion.

Pour extraire ensuite  un faisceau, les chercheurs ont retiré une ligne de trous du cristal photonique externe, créant un guide d'onde couplé au champ évanescent de la cavité - un type de perturbation électromagnétique non propagative qui se produit à la suite des ondes dans la cavité. Ils ont trouvé que la lumière émergeait du guide d'ondes avec une forte préférence pour une direction, prouvant que la lumière provenait du mode de bord unidirectionnel.

Selon les chercheurs, cette caractéristique pourrait être utile, car un faisceau laser réfléchissant dans la cavité peut injecter du bruit et même détruire des cavités de forte puissance. Les dispositifs conçus pour éviter cela sont généralement volumineux et énergivores. «Maintenant, nous avons un appareil qui peut envoyer de la lumière dans une direction préférentielle sans aucun moyen de revenir à la source», explique Kanté.

Les chercheurs suggèrent également que des cavités de n'importe quelle forme pourraient permettre un emballage plus dense des composants optoélectroniques intégrés, et par conséquent des vitesses de traitement plus élevées. Enfin, ils notent que l'utilisation de trajets photoniques sans diffusion pourrait transporter des états quantiques sur de plus longues distances autour de circuits quantiques. Les chercheurs fabriquent maintenant un laser alimenté électriquement parce que, comme le dit Kanté, «vous ne voulez pas transporter un gros laser pour en nourrir un autre».

"je pense que c'est le premier matériau photonique topologique qui n'est pas réciproque à cause du biais magnétique dans l'optique", explique Andrea Alù de l'Université du Texas à Austin. "C'est un résultat assez remarquable et je sais que beaucoup de gens essayaient de le faire.

Pour définir un cristal photonique, vous avez besoin de beaucoup de cellules unitaires", dit-il. "Typiquement, la première bande interdite apparaît lorsque la distance dans les cellules unitaires est de moitié. -longueur d'onde - donc 750 nanomètres. Et vous avez besoin de beaucoup d'entre eux pour créer cette interface. Il existe des moyens de fabriquer des lasers beaucoup plus petits. "Un aspect potentiellement intéressant qui n'est pas mentionné dans la recherche, suggère-t-il, est la

possibilité de créer un faisceau laser avec un moment angulaire.

About the author

Tim Wogan  est un écrivain scientifique basé au Royaume-Uni

 MON COMMENTAIRE

Je trouve l’idée très astucieuse   …..Je me rappelle  à  la guerre d’avoir eu besoin d’un « fusil à tirer dans les coins » !!!!Eh bien les physiciens ont réussi en quelque sorte  à le réaliser avec un laser !

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L'équivalence proton-antiproton confirmée par la meilleure mesure du moment magnétique

Proton–antiproton equivalence confirmed by best-ever measurement of magnetic moment

Oct 30, 2017

Anti-result: Standard Model still stands

30 oct. 2017

Une photo de Stefan Ulmer avec l'appareil expérimental BAS

Une nouvelle technique de mesure utilisée par la collaboration BASE du CERN a contraint le moment magnétique de l'antiproton avec une précision de quelques parties par milliard - une amélioration considérable par rapport à la précision d'environ une partie par million obtenue en janvier par la même équipe. Le résultat signifie que le moment magnétique de l'antiproton est maintenant connu de façon encore plus précise que le moment magnétique du proton lui-même.

La mesure simultanée de la fréquence du cyclotron d'un antiproton et de la fréquence de Larmor d'un autre antiproton était cruciale avec  une amélioration de la précision de 350 fois. En utilisant une particule "chaude" dans la mesure au  cyclotron, les chercheurs ont évité le besoin d'une étape de refroidissement qui prend du temps dans chaque cycle de leur expérience. Cela a permis à l'équipe de faire des mesures à un rythme beaucoup plus rapide qu'auparavant, et trois fois plus vite que ce qu'elle avait réussi  à faire en mesurant le moment magnétique du proton en 201

Les discordances entre les propriétés des protons et des antiprotons pourraient expliquer la domination écrasante de la matière normale dans l'univers - ce qui n'est pas expliqué par le modèle standard de la physique des particules. Quiconque espère obtenir des indices d’ une  nouvelle physique au-delà du modèle standard sera cependant déçu, car le résultat est cohérent avec les protons et les antiprotons ayant des moments magnétiques opposés mais égaux.

Les chercheurs s'attendent à une amélioration supplémentaire de la précision en améliorant le système de protection et de blindage magnétique de l'expérience et en utilisant un champ magnétique plus homogène dans le piège de précision.

L'expérience est décrite dans Nature.

A propos de l'auteur

Marric Stephens est un journaliste sur physicsworld.com

MON COMMENTAIRE

L  ‘antiproton reste  le miroir du proton mais relève d une énergie attractive positive  vis avis de G

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Contrôle quantique des réactions chimiques réalisées avec des électrons

31 oct. 2017

 cs

Quantum control of chemical reactions achieved with electrons

Oct 31, 2017

Flash Physics: need-to-know updates from the world of physics

Diriger des réactions chimiques en exploitant la nature quantique des électrons a été démontré pour la première fois par des physiciens de l'Institut Tata de recherche fondamentale en Inde et de l'Open University au Royaume-Uni. La technique pourrait s'avérer une alternative moins coûteuse que celle des  lasers, qui jusqu'à présent a  été la principale façon dont les chercheurs ont cherché à obtenir un contrôle cohérent des réactions chimiques.

E Krishnakumar de Tata et ses collaborateurs ont exposé l'hydrogène moléculaire et le deutérium à un faisceau d'électrons de basse énergie et ont utilisé un appareil d'imagerie de carte de vélocité développé par Nigel Mason et ses collègues de l'Open University pour observer la distribution angulaire des produits de réaction. ). Les électrons interagissant avec l'hydrogène ou les molécules de deutérium ont formé des ions négatifs temporaires dans un processus appelé fixation par résonance. Les ions moléculaires sont ensuite dissociés pour former des atomes neutres et des ions stables d'hydrogène ou de deutérium.

Les molécules diatomiques homonucléaires comme l'hydrogène sont symétriques par inversion, donc une telle fixation dissociative impliquant un seul électron devrait aboutir à une distribution symétrique des produits ioniques. Sous le schéma induit par laser, la symétrie d'inversion n'est rompue que lorsque deux photons cohérents délivrent des impulsions angulaires paires et impaires simultanément. Pourtant, les images de tranches de vélocité obtenues par l'équipe en utilisant VMI ont montré une asymétrie distincte le long de l'axe inter-nucléaire.

Selon les chercheurs, un seul électron peut atteindre la même brisure de symétrie lorsqu'il provoque une superposition de deux résonances ioniques négatives de parité opposée. Lorsque les trajets quantiques résultants interfèrent, la phase relative entre eux détermine le degré d'asymétrie dans le modèle de fragmentation produit.

Comprendre la dynamique de la dissociation induite par électrons permettra de mieux comprendre les processus naturels comme les dommages causés par les rayonnements à l'ADN, et promet un meilleur contrôle des réactions chimiques et des techniques de nanofabrication.

La recherche est rapportée dans Nature Physics.

A propos de l'auteur :Marric Stephens is a reporter on physicsworld.com

MON COMMENTAIRE :

Je suis surpris : :pour moi l la  mise en commun des électrons   dans la molécule H2 ne devrait entrainer aucune dissymétrie ;;;;

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Les aurores boréales nord et sud de Jupiter sont étonnamment indépendantes

1er novembre 2017

Photo captée par le télescope spatial Hubble d'une aurore dans l'atmosphère de Jupiter

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Jupiter's northern and southern auroras are surprisingly independent

Nov 1, 2017

As above, not so below: an aurora at Jupiter's north pole

Un «point chaud» de rayons X auroraux a été observé près du pôle sud de Jupiter pour la première fois. Les astronomes s'attendaient à ce que la dynamique des aurores boréales du nord et du sud de la planète corresponde - comme ils le font sur Terre – ils ont eu  la surprise de constater que la luminosité de deux points chauds variait indépendamment. Que les mesures reflètent ou non un véritable décalage entre le comportement des pôles entraine des conséquences sur notre compréhension de la physique  active derrière les aurores de Jupiter.

L'orbite et l'inclinaison axiale de Jupiter par rapport à la Terre signifient que les chances d'observer simultanément les aurores boréales du nord et du sud de la planète géante sont peu nombreuses. De telles opportunités se sont présentées en 2007 et 2016, et les télescopes à rayons X basés dans l'espace Chandra et XMM-Newton ont été orientés pour en tirer profit. Maintenant, une analyse des données par William Dunn de l'University College London et des collaborateurs au Royaume-Uni, aux États-Unis et en Espagne, a révélé un point chaud persistant par  des rayons X dans l'hémisphère sud. Le point chaud du sud présente une périodicité sans rapport avec celle de son homologue du nord, qui varie beaucoup plus irrégulièrement au cours de la campagne d'observation.

Même lors de configurations favorables comme celles de 2007 et 2016, les deux points chauds auroraux ne pouvaient être vus ensemble que brièvement: car lorsque l'on en aperçoit autour de la courbe du disque de la planète, l'autre recule à la branche opposée. L'explication la plus simple du comportement différent de chaque pôle est donc que la dynamique est réellement contrôlée globalement, mais que les conditions magnétosphériques ont varié pendant la fenêtre d'observation, supprimant la périodicité lorsque le point chaud du nord est devenu visible

Si l'incohérence entre les pôles est réelle, plusieurs mécanismes pourraient l'expliquer, selon Dunn et ses collègues. Divers processus de reconnexion magnétique; oscillations de champ magnétique à ultra-basse fréquence; et les conditions magnétiques locales spécifiques aux pôles ont toutes été évoquées.

En combinant d'autres études radiologiques au cours des deux prochaines années - alors que les deux pôles sont encore visibles depuis la Terre - avec des mesures effectuées in situ par la mission Juno de la NASA, les chercheurs espèrent déterminer si l'indépendance observée est normale pour les aurores de Jupiter. Et ce que cela signifie pour l'origine du phénomène.

La recherche est rapportée dans Nature Astronomy.

A propos de l'auteur

Marric Stephens est un journaliste sur physicsworld.com

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Les rayons cosmiques sondent les déchets nucléaires

1er novembre 2017

Photographie de fûts de stockage de déchets nucléaires à l'Idaho National Laboratory

Les physiciens aux Etats-Unis estiment que les muons des rayons cosmiques pourraient aider à résoudre un problème majeur avec les déchets nucléaires - comment surveiller le stockage à long terme du combustible d’un  réacteur usé à moindre coût et en toute sécurité. En appliquant la technologie des détecteurs normalement utilisée par les physiciens des particules, les chercheurs ont montré expérimentalement comment les particules subatomiques peuvent être utilisées sur site pour déterminer si un combustible a disparu des fûts de stockage à sec.

Le combustible nucléaire usé contient des produits de fission ainsi que des isotopes de plutonium, et doit donc être soigneusement surveillé lorsqu'il est retiré d'un réacteur nucléaire. Il est d'abord placé dans une piscine  de refroidissement pendant plusieurs années tandis que les produits de fission à vie courte se désintègrent. Il est ensuite transféré dans des conteneurs de grande taille et fortement blindés, appelés fûts de stockage à sec, situés à proximité du réacteur ou dans une installation spéciale de gestion des déchets.

Les inspecteurs placent des scellés spéciaux sur les tonneaux pour révéler la falsification. Mais si un tel dispositif  se dégrade pour une raison quelconque - il pourrait, par exemple, simplement se corroder lorsqu'il est exposé aux éléments - alors le tonneau en question devrait être renvoyé à un bassin de refroidissement pour un nouvel examen. Comme le souligne Matt Durham du Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique, la manipulation et le transport nécessaires seraient coûteux et longs. "Tous les travailleurs du nucléaire que je connais aux États-Unis sont des professionnels prudents", dit-il, "mais il y a toujours la possibilité d'accidents".

Idéalement, dit Durham, le contenu des fûts devrait  être vérifié sur place. Selon lui, de nombreuses technologies ont été mises en avant, mais elles ont toutes leurs inconvénients: les neutrons ou les rayons X, par exemple, ne peuvent pénétrer le blindage épais des fûts, alors que les neutrinos nécessiteraient d'énormes détecteurs. Les Muons, cependant, peuvent fournir la réponse. Produits naturellement par les rayons cosmiques qui traversent l'atmosphère terrestre, les muons pénètrent dans les matériaux à faible indice atomique - y compris le blindage en acier et en béton - mais sont plutôt déviés par des éléments plus lourds, comme le combustible d'uranium. Leur degré de dispersion lorsqu'ils passent à travers un tonneau devrait, par conséquent, révéler la quantité de combustible usé à l'intérieur.

Pour mettre l'idée à l'épreuve, Durham et ses collègues de Los Alamos se sont dirigés vers le nord au Laboratoire national de l'Idaho. Là, ils ont positionné un couple de pisteurs de muons contenant du gaz ionisable autour d'un fût d'environ 3 m de diamètre et 5 m de haut, avec un traqueur traçant les trajectoires des muons lorsqu'ils pénétraient dans le tonneau et l'autre traçant les voies de sortie. Le tonneau contenait du combustible extrait d'un réacteur de Westinghouse dans les années 1980. Il a été choisi parce que seulement 18 des 24 assemblages combustibles possibles étaient présents, permettant ainsi aux chercheurs d'essayer d'identifier les emplacements vides (connus).

Au cours des trois mois environ, Durham et ses collègues ont enregistré environ 450 000 traces de muons. Avec ces données, ils ont tracé l'angle de diffusion du muon en fonction de la position le long du diamètre du fût et modélisé comment l'angle de diffusion devrait varier si les 24 fentes d'assemblage du combustible étaient toutes pleines ou toutes vides. Ils ont ensuite estimé le nombre d'assemblages dans six groupements différents positionnés le long du diamètre du fût en évaluant à chaque point si le tracé empirique était plus proche des courbes modélisées «tout-plein» ou «tout-vide».

Bien qu'ils aient dû se débarrasser de certaines données après que des vents violents aient secoué les détecteurs pendant quelques jours, les chercheurs ont néanmoins correctement identifié s'il y avait ou non des assemblages manquants dans quatre groupes sur six. Sur cette base, ils concluent que leur technique est sensible à l'enlèvement d'un seul assemblage de combustible à partir du centre d'un fût. «Cela représente potentiellement une nouvelle méthode pour les inspecteurs de vérifier le contenu d'un fût de stockage à sec», ont-ils écrit dans une pré-impression téléchargée sur le serveur arXiv.

Les chercheurs effectuent maintenant d'autres modélisations pour déterminer si leur technique peut être étendue à des «scénarios de détournement» plus compliqués, comme le retrait d'une partie seulement d'un assemblage de combustible ou le remplacement d'un assemblage par une structure fictive fabriquée….. Durham dit que les simulations semblent «prometteuses» et que ses collègues et lui visent finalement à tester ces scénarios expérimentalement. Ils espèrent également effectuer des mesures sur d'autres types de fûts de stockage à sec.

Durham fait remarquer que bien que la technique ait été proposée pour la première fois il y a 10 ans par son collègue de Los Alamos, Chris Morris, elle est encore relativement nouvelle comparée à la radiographie par rayons X. Néanmoins, il dit que les "autorités compétentes" de l'Agence internationale de l'énergie atomique sont au courant du travail, et ajoute qu’il a été envisagé" de sonder les réacteurs endommagés à Fukushima au Japon. En outre, il dit qu'il pourrait être appliqué  pour traiter avec l’IRAN  ,  étant donné que tout le combustible nucléaire usé doit être retiré du pays à l'intérieur de conteneurs fortement blindés

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 David Ireland de l'Université de Glasgow, dont le groupe a utilisé la diffusion des muons pour inspecter les déchets de niveau intermédiaire, affirme que Morris et ses collègues ont réalisé "un beau travail, malgré les conditions venteuses". Il note que, bien que l'utilisation de muons à rayons cosmiques naturels limite la vitesse d'imagerie, ces muons ont la vertu de ne pas être dangereux pour les inspecteurs. Avec un soutien suffisant et un raffinement du détecteur, il estime qu'un système de travail pourrait être déployé "dans les cinq prochaines années". À propos de l'auteur Edwin Cartlidge est un écrivain scientifique basé à Rome

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Un outil de plus pour que les inspecteurs AIEA  surveillent les pays candidats  a l’obtention de l’arme atomique