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La radio quantique pourrait améliorer les communications
dans des environnements difficiles
12 janvier 2018
‘Quantum radio’ could improve communications in difficult environments
Jan 12, 2018
Photo de Dave Howe alignant un faisceau laser pour traverser
une petite cellule de verre remplie d'atomes
de rubidium
Amplification de la sensibilité: Dave Howe ajuste un
magnétomètre à atomes
Un nouveau système de «radio quantique» pourrait constituer
une alternative viable au GPS dans les endroits où le système de navigation par
satellite n'est pas fiable. Actuellement développé par Dave Howe et ses
collègues de l'Institut National des Standards et de la Technologie (NIST) du
Maryland aux États-Unis, le système utilise les propriétés quantiques de
capteurs de champ magnétique spécialisés pour transmettre et recevoir des
signaux.
Les champs électromagnétiques générés par des courants
alternatifs sont souvent utilisés dans les systèmes de communication sans fil
comme le GPS. Cependant, ces signaux sont fortement atténués dans des matériaux
tels que le métal, le béton, le sol et l'eau, ce qui rend la communication
difficile par exemple dans les
environnements construits ou sous l'eau. L'atténuation peut être réduite si des
fréquences plus basses sont utilisées, mais cela se fait au détriment de la
bande passante et de la sensibilité, ce qui signifie que moins de données
peuvent être transmise
"La meilleure sensibilité de ce champ magnétique est obtenue en utilisant des
capteurs quantiques", explique Howe. "La sensibilité accrue conduit
en principe à une plus longue portée de communication", explique-t-il,
ajoutant que "l'approche quantique offre également la possibilité
d'obtenir des communications à large bande passante comme celles d'un téléphone
portable".
L'équipe du NIST construit sa radio quantique à l'aide de
magnétomètres atomiques spécialisés. Ces dispositifs sont généralement utilisés
pour mesurer des champs magnétiques naturels, mais peuvent également être
utilisés pour recevoir des champs créés artificiellement tels que des signaux
de communication numériques.
Le magnétomètre à courant continu de l'équipe du NIST
utilisera la lumière polarisée pour observer les changements de l'état de spin
des atomes de rubidium, induits par les oscillations du champ magnétique
transmis. Un courant alternatif serait alors induit dans le détecteur,
permettant des signaux de communication clairs. Le détecteur devrait être
capable de capter des signaux beaucoup plus faibles que le bruit de champ
magnétique de fond, et ceci même à des
fréquences très basses, inférieures à 1 kHz.
"Les atomes offrent une réponse très rapide et une
sensibilité très élevée", explique Howe. "Les communications
classiques impliquent un compromis entre bande passante et sensibilité. Nous
pouvons maintenant obtenir les deux avec ces capteurs quantiques. "
L'équipe décrit les capacités de son magnétomètre à atomes
dans Review of Scientific Instruments.
A propos de l'auteur
Sam Jarman est un écrivain scientifique basé au Royaume-Uni
MON COMMENTAIRE :Je ne doute pas que l’auteur ait développé un système de radio
quantique à sensibilité plus grande ….En
revanche je doute qu’ il ait déjà fait des manips sous eau ….Alors attendons le résultat
final !
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Des bactéries conçues pour avoir une signature ultrasonore
Bacteria engineered to have ultrasound signature
Jan 11, 2018
11 janvier 2018
Illustration d'une bactérie contenant des vésicules de gaz
Bactérie gonflée: illustration montrant les vésicules
gazeuses
Les bactéries ont été génétiquement modifiées pour produire
des signaux ultrasonores distinctifs, les rendant ainsi potentiellement utiles
pour l'imagerie médicale. Des poches protégées par des protéines connues sous
le nom de «vésicules gazeuses» se retrouvent habituellement dans les bactéries
aquatiques pour les maintenir flottantes, mais une équipe de biophysiciens
dirigée par Mikhail Shapiro du California Institute of Technology a créé un
gène permettant aux vésicules d'apparaître dans d'autres bactéries.
L'équipe de Shapiro a montré comment les impulsions des ondes
ultrasonores passant à travers leurs bactéries modifiées étaient dispersées
dans des motifs caractéristiques, qui ont été captés comme des échos par le
détecteur à ultrasons. Cette diffusion est causée par la différence de densité
entre les vésicules de gaz et leur environnement. Cependant, au-dessus d'une
certaine pression d'impulsion, les vésicules se sont effondrées, signifiant que
les ultrasons ont traversé les bactéries sans être dérangées. Cet effondrement
a brusquement changé le signal détecté.
Une fois que les vésicules se sont effondrées, l'équipe de
Shapiro s'est rendu compte que le signal détecté restant pourrait être
considéré comme bruit de fond, qu'ils pourraient le soustraire du signal dispersé pour produire
des images à haute résolution de l'endroit où les bactéries résidaient. C'était
une observation particulièrement significative, car cela signifiait que les
bactéries portant le gène de réponse acoustique pouvaient être utilisées comme
traceurs médicaux non invasifs.
Les traceurs tels que les bactéries luminescentes et les
isotopes radioactifs sont utilisés pour prendre des images de l'intérieur du
corps. Cependant, ces agents sont souvent soit perturbateurs pour le corps,soit
ne peuvent pas s’ imager profondément
sous la peau. Les bactéries de Shapiro permettraient une imagerie profonde à
l'intérieur de l'intestin, et même à l'intérieur des tumeurs. La technique
pourrait donner des cartes détaillées des organes internes, avec une résolution
spatiale aussi petite que 100 um.
Dans d'autres travaux, Shapiro et ses collègues ont modifié
davantage la génétique bactérienne pour créer des vésicules de gaz qui ont
produit différents signaux de diffusion et se sont effondrés à différentes
pressions pulsées. Avec de multiples types de bactéries utilisées comme
traceurs, des images biologiques plus complexes pourraient être construites.
Ils espèrent maintenant diversifier les capacités ultrasonores de leurs
bactéries en affinant encore davantage le gène de réponse acoustique.
La nouvelle technique est décrite dans Nature.
A propos de l'auteur :Sam Jarman
MON COMMENTAIRE /En utilisant la bioluminescence d’organismes vivants, le
Japonais Osamu Shimomura et les Américains Roger Y. Tsien et Martin Chalfie,
ont permis de « voir l’invisible » et ont ramassé le prix Nobel 2008, et depuis la veine de
recherche se continue !
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Les étoiles errantes pourraient révéler des ondes
gravitationnelles provenant de trous noirs supermassifs
9 janvier 2018
Les ondes gravitationnelles simulées vues par Gaia
Wandering stars could reveal gravitational waves from supermassive black holes
Jan 9, 2018
En mouvement: des ondes gravitationnelles simulées vues par
Gaia
Des signaux d'ondes gravitationnelles provenant de trous
noirs supermassifs binaires pourraient se cacher dans les données recueillies
par le télescope spatial Gaia. C'est ce que prétendent une équipe d'astronomes
dirigée par Christopher Moore à l'Université de Cambridge, qui ont proposé de
chercher comment les mesures
astrométriques de Gaia pourraient révéler des ondes gravitationnelles avec des
fréquences extrêmement basses. Les chercheurs espèrent analyser les données
dans quelques années lorsque les mesures astrométriques seront publiées par
l'équipe de Gaia.
Les détecteurs LIGO et Virgo reliés à la Terre ont connu
plusieurs vagues gravitationnelles (GW) ces dernières années. La plupart de ces
ondulations dans l'espace-temps provenaient de la fusion de paires de trous
noirs pesant des dizaines de masses solaires. Nous savons que des trous noirs
supermassifs beaucoup plus grands (à des millions ou des milliards de masses
solaires) existent et pourraient former des systèmes binaires qui diffuseraient
des GW. Cependant, la fréquence de ces GW serait extrêmement faible - bien en
dessous de la fréquence minimale pouvant être détectée par LIGO et Virgo.
Depuis son lancement en 2014 par l'Agence spatiale
européenne, Gaia mesure les positions apparentes d'environ un milliard
d'étoiles. Au début des années 2020, il publiera au moins 80 lectures pour les
positions de chaque étoile sur 5-10 ans, donnant aux scientifiques une grande
quantité de données. Moore et son équipe ont réalisé que les GW de fréquence ultra-basse
feraient osciller les positions apparentes des étoiles lointaines par rapport à
la Terre dans des motifs subtils mais restant caractéristiques.
L'équipe de Moore a exploré cette idée en simulant un jeu
simulé de données Gaia et en y injectant leurs effets GW prédits. Même après
avoir compressé les données par un facteur d'un million pour réduire la
puissance de calcul requise, l'équipe a réussi à récupérer les effets injectés.
Les chercheurs sont maintenant convaincus qu'ils sont prêts à commencer
l'analyse des données de Gaia une fois qu'elles seront publiées.
L'étude est décrite dans Physical Review Letters.
A propos de l'auteur
Sam Jarman est un écrivain scientifique basé au Royaume-Uni
MON COMMENTAIRE /Je serais très curieux de connaitre les
« effets injectés »
par l’équipe chercheuse …Je ne
doute pas qu’ il existe des trous noirs centro-galactiques énormes
puisqu’ onl les repère par la méthode des perturbations d’orbites voisines …En revanche je ne suis pas si sûr que les événements de
fusion de ces super colosses soient
aussi nombreux que les phénomènes d’ondes
gravitationnelles observés l’an
dernier…De surcroît je ne comprends pas
pourquoi le signal devrait se traduire par des GW ……
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L'eau surfondue pour
enregistrer des basses températures
10 janvier 2018
Water supercooled to record-breaking low temperature
Jan 10, 2018
Image de gouttelettes d'eau
Il fait froid dehors: les gouttes d'eau ont été refroidies à
-42,55 ° C
La température de l'eau liquide surfondue a été mesurée avec
précision pour la première fois à des températures inférieures à -40 ° C. Les
chercheurs dirigés par Robert Grisenti à l'Université de Francfort en Allemagne
ont mesuré les pics de résonance des ondes lumineuses à l'intérieur de
gouttelettes d'eau microscopiques pour calculer de manière fiable une
température de -42,55 ° C. Leur travail est une étape importante vers la
production de modèles climatiques plus fiables, qui reposent sur la
compréhension de la formation de glace dans l'atmosphère.
Dans les bonnes conditions, nous savons depuis des siècles
que l'eau peut être surfondue bien au-dessous de 0 ° C sans geler. Cependant,
lorsque la température diminue, la vitesse de formation des cristaux de glace
augmente rapidement, ce qui rend difficile la détermination de la température
la plus basse possible pour l'eau
liquide. Cela a limité l'étude de l'eau surfondue à des températures d'environ
-38 ° C et plus.
L'équipe de Grisenti a combattu la formation de glace en
créant un jet de gouttelettes d'eau de taille micrométrique à l'intérieur d'un
vide. À cette échelle, l'évaporation a refroidi l'eau dans la gouttelette
beaucoup plus rapidement que la glace pourrait se former. "Le moyen le
plus simple de déterminer la température d'une gouttelette sphérique était de
mesurer sa taille, qui peut être déterminée avec précision en exploitant la
présence d'un modèle d'interférence dans la lumière diffusée par la
gouttelette", explique Grisenti à Physics World.
A l'intérieur des gouttelettes sphériques de certains diamètres,
il se forme des ondes lumineuses permanentes qui produisent des pics de
résonance distincts dans le spectre optique de la gouttelette. Si une
gouttelette gelait, sa forme deviendrait irrégulière, ce qui signifie que les
ondes stationnaires ne pourraient plus se former.
L'équipe a constaté que les pics de résonance se déplaçaient
vers de plus petites longueurs d'onde au fil du temps. Cela signifiait que les
gouttelettes rétrécissaient et restaient donc liquides lorsqu'elles
refroidissaient. En calculant la quantité de chaleur perdue dans l'évaporation,
ils pouvaient quantifier avec précision une température de l'eau surfondue de
-42,55 ° C pour les gouttelettes les plus froides.
Les conditions créées dans l'expérience ressemblent beaucoup
à celles de la haute atmosphère terrestre. À l'avenir, la recherche pourrait
mener à une meilleure compréhension de la formation de la glace atmosphérique
et à des prévisions plus fiables sur le changement climatique de la Terre.
La recherche est décrite dans Physical Review Letters.
A propos de l'auteur
Sam Jarman est un écrivain scientifique basé au Royaume-Uni
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