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Les rêves d’une nouvelle physique sont anéantis avec le dernier résultat du magnétisme des muons
Le magnétisme des muons est toujours fort. Sa mesure la plus précise à ce jour s’aligne sur une série de découvertes antérieures – et elle scelle une contradiction embarrassante avec des décennies de calculs théoriques qui prédisaient un magnétisme légèrement plus faible pour une particule élémentaire.
Mais bien que le comportement étrange du muon – un cousin plus lourd de l’électron – ait été autrefois considéré comme un signe avant-coureur possible d’une nouvelle physique, les résultats des deux dernières années suggèrent que le côté théorique n’a peut-être pas besoin de modifications majeures après tout.
muon g Deux expériences au Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) à l’extérieur de Chicago, Illinois, ont doublé la précision d’une précédente mesure du moment magnétique du muon, rapportée il y a deux ans. « Nous semblons confirmer cette mesure antérieure – et fondamentalement, nous avions raison », déclare Moon. g Svendi Brown, physicien à l’Université de Washington à Seattle. L’équipe a annoncé sa dernière mise à jour lors d’une webdiffusion le 10 août et a soumis un article à Lettres d’examen physique.
La résolution améliorée est une « grande réussite », déclare Zoltan Fodor, un physicien théoricien de la Penn State University à University Park qui a vu une première version décrivant le muon g – 2 résultats.
anomalie
Les muons sont similaires aux électrons, mais 207 fois plus massifs. Ils sont également instables : ils sont créés lors de collisions de particules et se désintègrent peu après en leurs cousins plus légers.
Le magnétisme du muon provient principalement du fait que la particule a une charge électrique et qu’elle tourne sur elle-même. Ces deux facteurs se combinent pour amener la particule à se comporter comme un minuscule barreau magnétique, avec une intensité de champ déterminée par la physique quantique comme étant égale à 2, dans les unités appropriées. Ce champ magnétique est renforcé par des « particules virtuelles » qui émergent de l’espace vide pour disparaître après une fraction de seconde. Les physiciens appellent l’aberration la valeur « vanille » de 2 comme g – 2.
En principe, le modèle standard de la physique des particules prédit comment chaque type de particule contribuera à l’univers g – 2 via les avatars par défaut. Mais il n’existe aucun moyen connu de calculer cela exactement, et même les calculs approximatifs sont assez compliqués. Pendant des décennies, les physiciens ont complété la théorie avec des données du monde réel sur des particules hypothétiques provenant d’expériences de collisionneurs pour obtenir une valeur prédite pour g – 2.
En 2001, elle a mené une expérience au Brookhaven National Laboratory à Upton, New York, la mesure la plus précise à ce jour du magnétisme d’un muon.1, et a constaté qu’il s’écartait des attentes théoriques de l’état de l’art de l’époque. Pour étudier cette divergence, les physiciens ont reconstruit l’expérience Brookhaven du laboratoire Fermi, qui impliquait le transport d’un aimant circulaire de 15 mètres de large vers l’Illinois à l’aide de barges et de camions spéciaux.
Muon redémarrage g Deux essais ont commencé à collecter des données en 2018 et à rapporter les résultats en 2021.1 C’était une analyse de ce premier lot de données, et cela a confirmé les résultats de Brookhaven. Le résultat d’aujourd’hui inclut les données de deux processus supplémentaires, de 2019 et 2020. Les auteurs estiment la barre d’erreur à leur valeur g – 2 pour n’être plus que 201 parties par milliard.
À partir de projections standard basées uniquement sur des données, la mesure la plus récente de g -#2 peut sembler s’écarter de la théorie (telle que récemment mise à jour en 20202) à environ deux parties par million. La diminution de l’incertitude supprimerait, pour la première fois, la barre des « cinq sigma » que les physiciens des particules placent habituellement pour revendiquer une découverte.
Mais à commencer par les découvertes de Fodor et ses collègues en 20213une technologie informatique alternative g -2 est apparu, qui ne nécessite pas de données de collisionneur et utilise à la place des simulations informatiques. Quand Muon g La mesure 2 est comparée à cette nouvelle attente, et l’écart disparaît essentiellement. Plusieurs autres équipes ont poursuivi avec leurs simulations informatiques, qui ont d’abord convergé avec celles du groupe de Fodor. La scientifique du Fermilab Ruth van de Water, membre senior d’un de ces groupes, dit qu’elle s’attend à régler tout désaccord en cours « dans un an ou deux ».
nouvelle tournure
Un résultat expérimental distinct, publié plus tôt cette année sur arXiv4, a donné une tournure inattendue à l’histoire. Les données des collisions d’électrons et de leurs antiparticules, les positrons, d’une expérience d’accélérateur appelée CMD-3 à Novosibirsk, en Russie, semblent différer de celles d’autres collisionneurs électron-positon. Lorsqu’elles sont introduites dans des calculs théoriques pour g – 2, eux aussi font disparaître la contradiction.
De plus, les expériences précédentes sur les électrons et les positrons n’étaient pas toutes parfaitement compatibles les unes avec les autres, souligne van de Water. « À ce stade, je prendrais des estimations basées sur des données avec une certaine prudence jusqu’à ce que les choses soient triées », dit-elle.
« Malheureusement, nous ne savons pas pour le moment d’où vient cette différence, et c’est le principal problème que nous devons comprendre », déclare Fedor Ignatov, physicien du CMD-3 à l’Institut Bodker de physique nucléaire de Novossibirsk, en Russie. Une possibilité est que certaines des expériences précédentes n’aient pas pleinement pris en compte leurs propriétés de détection.
Étant donné que les trois opérations de prise de données incluses dans la dernière version de Muon g – deux analyses, l’expérience a été réalisée trois fois de plus; La sixième et dernière étape s’est achevée le 9 juillet, explique Peter Winter, physicien au Laboratoire national d’Argonne à Lemont, Illinois, et co-auteur de l’expérience. La collaboration s’attend à ce que sa mesure réduise son incertitude à 0,14 ppm au moment où elle publiera ses résultats définitifs dans quelques années.
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Étude : Les anciens humains fabriquaient des armes mortelles en bois il y a 300 000 ans
De nouvelles techniques d’imagerie puissantes révèlent que les humains fabriquaient déjà des armes de chasse complexes à partir du bois il y a 300 000 ans, bouleversant ainsi le stéréotype de l’âge de pierre.
Les archéologues ont déjà soupçonné Les humains utilisent des outils en bois depuis au moins aussi longtemps que des outils en pierre, mais en raison de la nature plus fragile du bois, la plupart des preuves ont pourri.
Aujourd’hui, en utilisant la microscopie 3D et les scanners micro-CT pour examiner 187 objets en bois de Schöningen en Allemagne, l’archéologue Dirk Lederer de l’Office national du patrimoine culturel de Basse-Saxe et ses collègues ont confirmé ces soupçons.
« Le bois était une matière première cruciale pour l’évolution humaine, mais il n’a survécu qu’à l’âge de pierre à Schöningen ère paléolithique La période est d’une qualité si merveilleuse. Il explique Thomas Terberger, archéologue de l’Université de Göttingen.
Cette cache d’objets en bois est la plus grande connue pléistocène (il y a 2,58 à 11 700 ans) Il y avait au moins 10 lances, 7 bâtons de jet et 35 outils ménagers. Ils sont tous sculptés dans des bois réputés à la fois souples et durs, notamment l’épicéa, le pin et le cèdre.
Les outils montraient des preuves évidentes d’une technique de fendage qui était auparavant connue uniquement pour être utilisée par les humains modernes, ainsi que des signes de sculpture, de grattage et d’abrasion.
« La façon dont les instruments en bois étaient fabriqués de manière si experte a été une révélation pour nous. » Il crie Annemieke Milks, archéologue paléolithique de l’Université de Reading.
Travailler le bois jusqu’à un nouveau niveau de sophistication est un processus lent et en plusieurs étapes qui demande beaucoup de patience et de prévoyance. De plus, l’ère des outils coïncide avec la montée en puissance des Néandertaliens en Europe, dépassant les autres espèces humaines primitives.
Le site de Schöningen contient également des preuves de jusqu’à 25 animaux abattus, pour la plupart des chevaux.
« Il s’avère que c’est un préHomo sapiens « J’ai fabriqué des outils et des armes pour chasser le gros gibier », a déclaré Terberger. Dire Franz Leeds V. Le New York Times. « Non seulement ils communiquaient ensemble pour abattre leurs proies, mais ils étaient suffisamment sophistiqués pour organiser le dépeçage et le rôtissage. »
Les chercheurs affirment que ces puissantes capacités de chasse sont probablement beaucoup plus anciennes que les objets en bois trouvés à Schöningen. Ces compétences auraient permis aux premiers humains d’avoir accès à des sources alimentaires de haute qualité pendant des générations, offrant ainsi la capacité nécessaire à cette augmentation du développement cérébral et des compétences cognitives associées.
« Dans la même veine, [hunting] « Cela aurait assuré une population durable même dans les régions d’Europe les moins adaptées au Pléistocène et aurait contribué à l’expansion de l’aire de répartition humaine dans le monde entier », ont déclaré Leder et son équipe. Écrire dans leur article.
Étonnamment, les chercheurs ont également trouvé des preuves de recyclage. Les outils cassés ou émoussés ont été retravaillés à de nouvelles fins.
« L’étude fournit des informations uniques sur les techniques de menuiserie du Pléistocène », déclarent les chercheurs. Nous concluons.
« Les armes de chasse en bois de Schöningen incarnent l’interaction entre la complexité technologique, le comportement humain et l’évolution humaine. »
Leur étude a été publiée dans Avec des gens.
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Une nouvelle méthode d’appariement des fonctions d’onde aide à résoudre les problèmes quantiques à plusieurs corps
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Correspondant à la fonction d’onde et à la gamme Tjon. crédit: nature (2024). est ce que je: 10.1038/s41586-024-07422-z
Les systèmes en interaction forte jouent un rôle important en physique quantique et en chimie quantique. Les méthodes stochastiques telles que la simulation de Monte Carlo constituent un moyen éprouvé pour étudier de tels systèmes. Cependant, ces méthodes atteignent leurs limites lorsque se produisent des oscillations de signal.
Ce problème a maintenant été résolu par une équipe internationale de chercheurs d’Allemagne, de Turquie, des États-Unis, de Chine, de Corée du Sud et de France en utilisant la nouvelle méthode d’appariement des fonctions d’onde. Par exemple, les masses et les rayons de tous les noyaux jusqu’au groupe numéro 50 ont été calculés à l’aide de cette méthode. Les résultats sont désormais en accord avec les mesures des chercheurs un rapport Dans le magazine nature.
Toute matière sur Terre est constituée de minuscules particules appelées atomes. Chaque atome contient des particules plus petites : des protons, des neutrons et des électrons. Chacune de ces particules suit les règles de la mécanique quantique. La mécanique quantique constitue la base de la théorie quantique à N corps, qui décrit des systèmes contenant de nombreuses particules, tels que les noyaux atomiques.
Une classe de méthodes utilisées par les physiciens nucléaires pour étudier les noyaux atomiques est l’approche fondée sur des principes. Il décrit des systèmes complexes en commençant par une description de leurs composants élémentaires et de leurs interactions. Dans le cas de la physique nucléaire, les composants élémentaires sont les protons et les neutrons. Certaines des questions clés auxquelles les calculs élémentaires peuvent contribuer à répondre concernent les énergies de liaison et les propriétés des noyaux atomiques et la relation entre la structure nucléaire et les interactions fondamentales entre protons et neutrons.
Cependant, ces méthodes primitives ont des difficultés à effectuer des calculs fiables pour des systèmes aux interactions complexes. L’une de ces méthodes est la simulation quantique de Monte Carlo. Ici, les quantités sont calculées à l’aide de processus stochastiques ou stochastiques.
Bien que les simulations quantiques de Monte Carlo puissent être efficaces et puissantes, elles souffrent d’une faiblesse majeure : le problème des signes. Cela se produit dans les opérations avec des poids positifs et négatifs qui s’annulent. Cette annulation conduit à des prédictions finales inexactes.
La nouvelle approche, connue sous le nom de correspondance de fonctions d’onde, vise à aider à résoudre ces problèmes de calcul pour les méthodes élémentaires.
« Ce problème est résolu par la nouvelle méthode d’appariement des fonctions d’onde en mappant le problème complexe à une première approximation d’un système modèle simple qui ne présente pas de telles oscillations de signal, puis en abordant les différences dans la théorie des perturbations », explique le professeur Ulf-Gee. Meissner est membre de l’Institut Helmholtz de physique des rayonnements et nucléaires de l’Université de Bonn, ainsi que de l’Institut de physique nucléaire et du Centre de simulation et d’analyse avancées du Forschungszentrum Jülich.
« Par exemple, les masses et les rayons de tous les noyaux jusqu’au groupe numéro 50 ont été calculés et les résultats concordent avec les mesures », explique Meissner, qui est également membre des domaines de recherche interdisciplinaires Modélisation et Matériaux à Harvard. Université de Bonn.
« Dans la théorie quantique à N corps, nous rencontrons souvent une situation dans laquelle nous pouvons effectuer des calculs en utilisant une simple interaction approximative, mais les interactions de haute précision du monde réel provoquent de graves problèmes de calcul », explique Dean Lee, professeur de physique à l’Université Rare. Centre de recherche. Istope Beams et le Département de physique et d’astronomie (FRIB) de la Michigan State University et directeur du Département des sciences nucléaires théoriques.
La correspondance des fonctions d’onde résout ce problème en supprimant la partie à courte distance de l’interaction de haute précision et en la remplaçant par la partie à courte distance d’une interaction facilement calculable. Cette transformation est effectuée de manière à préserver toutes les propriétés importantes de l’interaction originale du monde réel.
Étant donné que les nouvelles fonctions d’onde ressemblent à celles de l’interaction facilement calculable, les chercheurs peuvent désormais effectuer des calculs en utilisant l’interaction facilement calculable et appliquer une procédure standard pour traiter les petites corrections – appelée théorie des perturbations.
L’équipe de recherche a appliqué cette nouvelle méthode aux simulations quantiques de Monte Carlo de noyaux légers, de noyaux de masse moyenne, de matière neutronique et de matière nucléaire. Grâce à des calculs minutieux à partir de zéro, les résultats correspondent étroitement aux données réelles sur les propriétés nucléaires telles que la taille, la structure et l’énergie de liaison. Des calculs qui étaient auparavant impossibles en raison du problème de signe peuvent désormais être effectués grâce à l’appariement de fonctions d’onde.
Alors que l’équipe de recherche s’est concentrée exclusivement sur les simulations quantiques de Monte Carlo, l’appariement des fonctions d’onde devrait être utile pour de nombreuses approches fondées sur des principes différents. « Cette méthode peut être utilisée à la fois en informatique classique et quantique, par exemple, pour mieux prédire les propriétés des matériaux dits topologiques, qui sont importants pour l’informatique quantique », explique Meissner.
Le premier auteur est le professeur Serdar Al-Hatisari, qui a travaillé pendant deux ans en tant que membre de la bourse ERC Advanced EXOTIC du professeur Meissner. Selon Meissner, une grande partie du travail a été réalisée à cette époque. Une partie du temps de calcul des supercalculateurs du Forschungszentrum Jülich a été assurée par l’Institut IAS-4, dirigé par Meissner.
Plus d’information:
Sardar Hattisari et al., Correspondance de fonctions d’onde pour résoudre des problèmes quantiques à plusieurs corps, nature (2024). est ce que je: 10.1038/s41586-024-07422-z
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Une éruption solaire massive éclate quelques jours après qu’une intense tempête ait créé les aurores boréales.
Une autre énorme éruption solaire a explosé quelques jours après la dernière éruption, provoquant des expositions époustouflantes d’aurores boréales à travers le Royaume-Uni et les États-Unis – mais ne vous attendez pas à une autre exposition époustouflante.
Cette dernière éruption est plus puissante que l’explosion du week-end et constitue la plus importante depuis près de deux décennies.
De graves tempêtes solaires peuvent perturber les satellites GPS, les réseaux électriques, les appareils électroniques, y compris les téléphones portables, et Internet.
Le résultat le moins destructeur et le plus délicieux est l’éblouissante aurore boréale verte et violette, connue sous le nom d’aurores boréales.
Mais cette nouvelle éruption ne devrait pas provoquer de chaos, et il est peu probable que de la lumière apparaisse non plus.
Le pire des cas est une perte temporaire des signaux radio, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).
La Terre a échappé à la ligne de mire lorsque l’éruption a éclaté sur une partie du Soleil en orbite loin de nous.
L’Administration nationale des océans et de l’atmosphère (NOAA) a émis une alerte indiquant que le soleil n’est « pas encore en plein soleil ».
La dernière fusée éclairante a été classée par les experts comme X8.7, plus forte que la fusée X2.2 du week-end.
Il s’agit du plus grand cycle solaire actuel de 11 ans.
« Compte tenu de son emplacement, toute éjection de masse coronale associée à cette éruption n’aurait probablement aucun effet géomagnétique sur Terre », a expliqué la NOAA.
Mais Brian Brasher, de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), a déclaré à l’AP que la lueur pourrait être plus forte lorsque les scientifiques collectent des données provenant d’autres sources.
Pendant ce temps, le Met Office britannique a déclaré : « Toutes les vues seront probablement limitées aux hautes latitudes » avec « seulement une faible chance de s’étendre aussi loin au sud que l’Écosse ou des latitudes similaires ».
Le Soleil approche du sommet de son cycle de 11 ans, créant de puissantes explosions d’énergie et de matière qui sont libérées très rapidement et pourraient heurter le champ magnétique terrestre.
Qu’est-ce que les aurores boréales ?
Les aurores boréales se produisent lorsque des particules chargées entrent en collision avec des gaz présents dans l’atmosphère terrestre autour des pôles magnétiques.
Dans l’hémisphère Nord, la majeure partie de cette activité se produit dans une bande connue sous le nom d’ovale d’aurore, couvrant des latitudes comprises entre 60 et 75 degrés.
Lorsque l’activité est forte, elle s’étend pour couvrir une zone plus vaste – ce qui explique pourquoi les expositions peuvent parfois être vues aussi loin au sud que le Royaume-Uni.
La visibilité des aurores boréales a augmenté vendredi en raison d’une « forte » tempête géomagnétique, selon l’Administration nationale américaine des océans et de l’atmosphère (NOAA).
Ce phénomène apparaît sous la forme de magnifiques bandes de lumière vertes et violettes dansantes, qui captivent les gens depuis des milliers d’années.
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