Les scientifiques quantiques ont découvert un phénomène dans le bronze violet, un métal unidimensionnel, qui lui permet de basculer entre les états isolant et supraconducteur. Cette commutation, provoquée par des stimuli minimes tels que la chaleur ou la lumière, est due à une « symétrie émergente ». Cette découverte pionnière, qui a débuté avec des recherches sur la magnétorésistance du métal, pourrait conduire au développement de commutateurs parfaits dans les dispositifs quantiques, une étape potentielle dans la technologie quantique.
Les scientifiques quantiques ont découvert un phénomène dans le bronze violet qui pourrait être essentiel au développement du « commutateur parfait » dans les dispositifs quantiques qui basculent entre le rôle d’isolant et celui de supraconducteur.
Recherche menée par l’Université de Bristol et publiée dans les sciencesCes deux états électroniques opposés se trouvent dans le bronze violet, un métal unidimensionnel unique composé de chaînes d’atomes conducteurs individuels.
Par exemple, de petits changements dans un matériau, déclenchés par un petit stimulus tel que la chaleur ou la lumière, peuvent déclencher une transition instantanée d’un état isolant à conductivité nulle à un état supraconducteur à conductivité illimitée, et vice versa. Cette diversité de polarisation, connue sous le nom de « symétrie émergente », a le potentiel de fournir un parfait interrupteur marche/arrêt dans les futurs développements de la technologie quantique.
L’image montre une représentation de symétrie émergente, montrant une goutte d’eau parfaitement symétrique émergeant d’une couche de glace. En revanche, les cristaux de glace dans la neige ont une forme complexe et sont donc moins symétriques qu’une goutte d’eau. La couleur violette indique le matériau violet-bronze dans lequel ce phénomène a été découvert. Crédit : Université de Bristol
Un voyage de 13 ans
Auteur principal Nigel Hussey, professeur de physique à l’Université de Université de Bristol« C’est une découverte vraiment passionnante qui pourrait fournir une clé parfaite pour les futurs dispositifs quantiques », a-t-il déclaré.
« Ce voyage fascinant a commencé il y a 13 ans dans mon laboratoire lorsque deux doctorants, Xiaofeng Xu et Nick Wickham, ont mesuré la magnétorésistance – le changement de résistance provoqué par un champ magnétique – du bronze violet.
En l’absence de champ magnétique, la résistance du bronze violet dépendait fortement de la direction dans laquelle le courant électrique entrait. Sa dépendance à la température était également complexe. À température ambiante, la résistivité est métallique, mais à mesure que la température diminue, elle s’inverse et le matériau semble se transformer en isolant. Puis, aux températures les plus basses, la résistance diminue à nouveau à mesure qu’elle se transforme en supraconducteur. Malgré cette complexité, la magnétorésistance est étonnamment simple. C’était essentiellement le même quelle que soit la direction dans laquelle le courant ou le champ était aligné et suivait une dépendance linéaire parfaite de la température depuis la température ambiante jusqu’à la température de transition supraconductrice.
« Aucune explication cohérente n’a pu être trouvée à ce comportement déroutant, et les données sont restées dormantes et non publiées pendant les sept années suivantes. Un écart comme celui-ci est inhabituel dans la recherche quantique, même si la raison n’en est pas un manque de statistiques », a déclaré le professeur Hussey. expliqué.
« Une telle simplicité dans la réponse magnétique dissimule toujours une origine complexe, et il s’avère que sa solution potentielle ne surviendra que par une rencontre fortuite. »
Une rencontre fortuite mène à une percée
En 2017, le professeur Hussey travaillait à l’université de Radboud et a vu une annonce pour un séminaire du physicien Dr Piotr Chudzinski sur le thème du bronze violet. À l’époque, peu de chercheurs consacreraient un colloque entier à cette substance inconnue, ce qui a piqué son intérêt.
Le professeur Hussey a déclaré : « Lors du symposium, Chudzinski a suggéré que la résistance élevée pourrait être causée par une interférence entre des électrons de conduction et des particules composites insaisissables connues sous le nom d’« excitons sombres ». Nous avons discuté après le symposium et avons proposé ensemble une expérience pour tester sa théorie. les mesures ultérieures l’ont essentiellement confirmé.
Grâce à ce succès, le professeur Hussey a relancé les données de magnétorésistance de Shaw et Wakeham et les a présentées au Dr Chudzinski. Deux caractéristiques clés des données – la linéarité avec la température et l’indépendance par rapport à la direction et au champ du courant – ont intrigué Chudzinski, tout comme le fait que le même matériau peut présenter un comportement isolant et supraconducteur en fonction de sa croissance.
Le Dr Chudzinski s’est demandé si l’interaction entre les porteurs de charge et les excitons qu’il a présentée plus tôt, plutôt que de se convertir entièrement en isolants, pourrait amener les premiers à graviter vers la frontière entre les états isolant et supraconducteur à mesure que la température diminue. Aux mêmes limites, la probabilité qu’un système soit isolant ou supraconducteur est essentiellement la même.
Le professeur Hussey a déclaré : « Une telle symétrie physique est un état inhabituel, et développer une telle symétrie dans un métal à mesure que la température diminue, d’où le terme « symétrie émergente », constituerait une première mondiale. »
Les physiciens connaissent bien le phénomène de rupture de symétrie : l’abaissement de la symétrie d’un système électronique lors du refroidissement. L’arrangement complexe des molécules d’eau dans un cristal de glace est un exemple de cette symétrie brisée. Mais l’inverse est un événement extrêmement rare, pour ne pas dire unique. Pour en revenir à l’analogie eau/glace, c’est comme si, une fois la glace refroidie davantage, la complexité des cristaux de glace « fondait » à nouveau en quelque chose de cohérent et lisse comme une goutte d’eau.
La symétrie émergente : un phénomène rare
Le Dr Chudzinski, aujourd’hui chercheur à l’Université Queen’s de Belfast, a déclaré : « Imaginez un tour de magie où une forme terne et déformée se transforme en une belle sphère parfaitement symétrique. En bref, c’est l’essence de la symétrie émergente. La question est notre matière, le bronze violet, tandis que notre magicien est la nature elle-même. » .
Pour tester davantage si la théorie contient de l’eau, 100 cristaux individuels supplémentaires, certains isolants et d’autres supraconducteurs, ont été examinés par un autre doctorant, Martin Berbin, qui travaille à l’Université Radboud.
Le professeur Hussey a ajouté : « Après les efforts titanesques de Martin, l’histoire est terminée et la raison pour laquelle différents cristaux semblent avoir des états fondamentaux si complètement différents devient claire. En regardant vers l’avenir, il sera peut-être possible d’exploiter cette « nouveauté » pour créer des commutateurs dans circuits quantiques où de petits stimuli déclenchent des changements profonds et de grande ampleur dans la résistance de commutation.
Référence : « Symétrie émergente dans un supraconducteur de faible dimension sur le bord de Mottness » par P. Chudzinski, M. Berben, Xiaofeng Xu, N. Wakeham, B. Bernáth, C. Duffy, R. D. H. Hinlopen, Yu-Te Hsu, S. Weidman, B. Tinnemans, Rongying Jin, M. Greenblatt, NE Hussey, 16 novembre 2023, les sciences. est ce que je: 10.1126/science.abp8948
Un système de fusée innovant pourrait révolutionner les futures missions spatiales lointaines vers Mars, en réduisant leur nombre temps de voyage Sur la Planète Rouge pour quelques mois seulement.
L’objectif de faire atterrir des humains sur Mars a présenté une myriade de défis, notamment la nécessité de transporter rapidement de grosses charges utiles vers et depuis la planète lointaine, ce qui, selon l’emplacement de la Terre et de Mars, prendrait environ deux ans pour un aller-retour en utilisant technologie de propulsion actuelle.
La fusée à plasma pulsé (PPR), en cours de développement par Howe Industries, est un système de propulsion conçu pour être bien plus efficace que les méthodes actuelles de propulsion dans l’espace lointain, permettant le voyage entre la Terre et la planète rouge en seulement deux mois. Plus précisément, la fusée aura une impulsion spécifique élevée, ou Isp, qui mesure l’efficacité avec laquelle le moteur génère la poussée. Ainsi, cette technologie pourrait permettre aux astronautes et aux marchandises de voyager vers et depuis Mars plus efficacement et plus rapidement que les vaisseaux spatiaux actuels, selon un permis De la NASA.
à propos de: Combien de temps faut-il pour arriver sur Mars ?
Basé sur le concept de fusion par fission pulsée, PPR utilise un système basé sur la fission énergie nucléaire Le système, qui obtient l’énergie de la division contrôlée des atomes, génère une poussée pour propulser l’engin spatial. Cependant, le PPR est plus petit, plus simple et plus abordable que les concepts précédents.
En plus de permettre davantage de missions, le PPR peut prendre en charge des engins spatiaux beaucoup plus lourds, ce qui signifie qu’un blindage supplémentaire peut être installé pour réduire l’exposition de l’équipage aux radiations. Particules nocives à haute énergieappelés rayons cosmiques galactiques, qui peuvent être ressentis lors de missions spatiales de longue durée.
« Le PPR ouvre une toute nouvelle ère dans l’exploration spatiale », ont déclaré les responsables de la NASA.
Dernières actualités spatiales et dernières mises à jour sur les lancements de fusées, les événements d’observation du ciel et bien plus encore !
« Les performances exceptionnelles du PPR, combinant poussée élevée et propulsion élevée, ont le potentiel de révolutionner l’exploration spatiale », indique le communiqué. « La haute efficacité du système permet d’effectuer des missions habitées vers Mars en seulement deux mois. »
Le concept PPR entre désormais dans la phase 2 de l’étude Innovative Advanced Concept (NIAC) de la NASA, après avoir terminé la phase 1, axée sur les neutrons du système de propulsion, la conception du vaisseau spatial, du système d’alimentation et des sous-systèmes nécessaires, ainsi que l’analyse des capacités magnétiques de la tuyère. Déterminez les chemins et les avantages, selon la déclaration.
Au cours de la phase 2, les développeurs s’appuieront sur les évaluations de la phase 1 pour affiner la conception du moteur, mener des expériences de validation de principe et concevoir un concept de vaisseau spatial pour mieux protéger les vols humains vers Mars. Actuellement visité uniquement par des explorateurs robotiques, PPR pourrait un jour rapprocher la NASA de la création d’un projet Base permanente sur Mars.
Au cours des cinq dernières années, les astronomes ont découvert un nouveau type de phénomène astronomique qui existe à grande échelle, plus grande que des galaxies entières. Appelés ORC (circuits radio individuels), ils ressemblent à des anneaux géants d’ondes radio s’étendant vers l’extérieur comme une onde de choc.
Jusqu’à présent, les ORC n’ont jamais été observés à d’autres longueurs d’onde que la radio, mais selon une nouvelle… papier Libérés le 30 avril 2024, les astronomes ont capturé pour la première fois des rayons X associés à ORC.
Cette découverte fournit de nouveaux indices sur ce qui pourrait se cacher derrière la création de l’ORC.
Alors que de nombreux événements astronomiques, tels que les explosions de supernova, peuvent laisser des restes circulaires, les ORC semblent nécessiter une explication différente.
« L’énergie nécessaire pour produire une émission radio aussi étendue est très puissante », a déclaré Israa Bulbul, auteur principal de la nouvelle recherche. « Certaines simulations peuvent reproduire leurs formes mais pas leurs densités. Aucune simulation n’explique comment les ORC sont créés. »
Les ORC peuvent être difficiles à étudier, en partie parce qu’ils ne sont généralement visibles qu’aux longueurs d’onde radio. Ils n’ont jamais été associés à des émissions de rayons X ou d’infrarouges, et il n’y a aucun signe d’eux aux longueurs d’onde optiques.
Parfois, les ORC entourent une galaxie visible, mais pas toujours (huit ont été découverts jusqu’à présent autour de galaxies elliptiques connues).
À l’aide du télescope XMM-Newton de l’ESA, Bulbul et son équipe ont observé l’un des ORC connus les plus proches, un objet appelé Cloverleaf, et ont découvert une composante de rayons X frappante de cet objet.
Cette image multi-longueurs d’onde de l’ORC Cloverleaf (circuit radio unique) combine les observations de lumière visible de l’ancienne enquête DESI (Dark Energy Spectral Analyser) en blanc et jaune, les rayons X de XMM-Newton en bleu et la radio d’ASKAP (Australien). Carré) Matrice de kilomètres Pathfinder) en rouge. (X. Zhang et M. Kluge/MPE/B. Koribalski/CSIRO)
« C’est la première fois que quelqu’un voit l’émission de rayons X associée à un ORC », a déclaré Bulbul. « C’était la clé manquante pour percer le secret de la Formation Cloverleaf. »
Une radiographie d’une feuille de trèfle montre un gaz qui a été chauffé et déplacé par un processus. Dans ce cas, les émissions de rayons X révèlent deux amas de galaxies (environ une douzaine de galaxies au total) qui ont commencé à fusionner à l’intérieur de la feuille de trèfle, chauffant le gaz à 15 millions de degrés Fahrenheit.
Les fusions chaotiques de galaxies sont intéressantes, mais elles ne peuvent pas expliquer à elles seules une feuille de trèfle. Les fusions de galaxies se produisent dans tout l’univers, tandis que les ORC sont un phénomène rare. Il y a quelque chose d’unique qui se passe pour créer quelque chose comme Cloverleaf.
« Les processus de fusion constituent l’épine dorsale de la formation de la structure, mais il y a quelque chose de spécial dans ce système qui déclenche l’émission radio », a déclaré Bulbul. « Nous ne pouvons pas savoir de quoi il s’agit pour l’instant, nous avons donc besoin de données plus nombreuses et plus approfondies provenant à la fois des radiotélescopes et des télescopes à rayons X. »
Cela ne veut pas dire que les astronomes n’ont aucune idée.
« Un aperçu fascinant du signal radio puissant est que les trous noirs supermassifs résidents ont connu des épisodes d’activité intense dans le passé et que les électrons restants de cette activité ancienne ont été réaccélérés par cet événement de fusion », a déclaré Kim Weaver, scientifique du projet de la NASA, à XMM. -Newton.
En d’autres termes, les ORC comme Cloverleaf peuvent nécessiter une histoire d’origine en deux parties : de puissantes émissions provenant de trous noirs actifs et supermassifs, suivies d’ondes de choc de fusion de galaxies qui donnent un deuxième coup de pouce à ces émissions.
Un exemple de données radar aéroportées du DLR montre un changement d’altitude de plusieurs dizaines de mètres autour du volcan volcaniquement actif Litli-Hrútur causé par la formation de nouvelles roches. Le rouge indique la plus grande quantité de changement ; Bleu, au moins. Crédits : DLR
Avec sa pression atmosphérique écrasante, ses nuages d’acide sulfurique et sa température de surface torride, Vénus est un endroit particulièrement difficile à étudier. Mais les scientifiques savent que l’observation de sa surface peut fournir des informations clés sur l’habitabilité et l’évolution de planètes rocheuses comme la nôtre. Ainsi, pour avoir une perspective globale sur Vénus tout en restant au-dessus de son atmosphère infernale, la mission VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) de la NASA devrait être lancée d’ici une décennie pour étudier la surface de la planète depuis l’orbite et découvrir des preuves. . À propos de sa nature intérieure.
Pour jeter les bases de la mission, les membres internationaux Vérité, honnêteté L’équipe scientifique s’est rendue en Islande pour une expédition de deux semaines en août afin d’utiliser l’île volcanique comme substitut ou analogue de Vénus. Les emplacements sur notre planète sont souvent utilisés comme analogies avec d’autres planètes, notamment pour aider à mettre en place des technologies et des technologies destinées à des environnements peu attractifs.
« L’Islande est un pays volcanique situé au sommet d’un panache chaud. Vénus est une planète volcanique et possède de nombreuses preuves géologiques de panaches actifs », a déclaré Susan Smrekar, chercheuse scientifique principale au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et chercheuse principale au sein du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Veritas. « Cela fait de l’Islande un excellent endroit pour étudier Vénus sur Terre, aidant ainsi l’équipe scientifique à se préparer pour Vénus. »
La mission Veritas s’appuiera sur un radar avancé à synthèse d’ouverture pour créer des cartes globales 3D et une spectroscopie proche infrarouge afin de distinguer les principaux types de roches à la surface de Vénus. Mais pour mieux comprendre ce que le radar du vaisseau spatial verra sur la planète, l’équipe scientifique de Veritas devra comparer les observations radar du terrain islandais depuis les airs avec les mesures prises au sol.
Au cours de la première moitié de la campagne, l’équipe scientifique de Veritas a étudié les gisements volcaniques d’Askja et Champ de lave d’Holohraun Dans les hautes terres islandaises, zone active caractérisée par de petits rochers et de jeunes coulées de lave. En seconde période, ils se sont rendus à l’activité volcanique Région de Fagradalsfjall Sur la péninsule de Reykjanes, au sud-ouest de l’Islande. Le paysage aride et rocheux ressemble à la surface de Vénus, qui aurait été rajeunie par des volcans actifs.
Dix-neuf scientifiques des États-Unis, d’Allemagne, d’Italie et d’Islande ont campé et travaillé de longues heures pour étudier la rugosité de la surface et d’autres propriétés des roches dans ces régions, ainsi que pour collecter des échantillons de laboratoire. Pendant ce temps, des vols dirigés par le Centre aérospatial allemand (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, ou DLR) collectaient des données radar d’en haut.
Les membres de l’équipe scientifique VERITAS descendent une falaise sur une nouvelle roche formée par une récente coulée de lave lors de leur expédition sur le terrain en Islande début août. L’équipe a utilisé le paysage volcanique comme analogue de Vénus pour tester les techniques et la technologie radar. Source de l’image : NASA/JPL-Caltech
« L’équipe scientifique dirigée par le JPL travaillait sur le terrain pendant que nos partenaires du Centre aérospatial allemand survolaient les lieux pour collecter des images radar aériennes des sites que nous étudiions », a déclaré Daniel Nunes, scientifique adjoint du projet Veritas au JPL et responsable de l’Islande. planification de campagne. « La luminosité radar d’une surface est liée aux propriétés de cette surface, notamment sa texture, sa rugosité et sa teneur en eau. Nous avons collecté des informations sur le terrain pour vérifier les données radar que nous utiliserons pour informer la science sur ce que VERITAS fera sur Vénus. «
Alors qu’il pilotait un avion Dornier 228-212 du Centre aérospatial allemand (DLR) à une altitude d’environ 20 000 pieds (6 000 m) au-dessus du sol, un radar à synthèse d’ouverture en bande S (ondes radio d’une longueur d’onde d’environ 12 centimètres, ou 4,7 pouces) collectés) et la plage X (environ 3 centimètres (ou 1,2 pouces)) des données. La longueur d’onde plus courte des données en bande X – la fréquence radio utilisée par VERITAS – permet l’utilisation d’une antenne plus compacte que la bande S, utilisée par la mission Magellan de la NASA pour cartographier la quasi-totalité de la surface de Vénus au début des années 1990.
En observant la surface dans les deux chaînes d’Islande, l’équipe scientifique améliorera les algorithmes informatiques qui aideront Veritas à déterminer les changements de surface sur Vénus survenus depuis la mission Magellan. La détection des changements survenus au cours des 40 dernières années leur permettra d’identifier les principales zones d’activité géologique (telles que les volcans actifs) sur Vénus.
Les membres de l’équipe scientifique internationale VERITAS se préparent à imager des roches en Islande avec LIDAR (Light Detection and Ranging). Les mesures LiDAR de terrains rocheux peuvent fournir des informations sur le matériau. Source de l’image : NASA/JPL-Caltech
L’objectif principal de la campagne était également de créer une bibliothèque de modèles d’autant de tissus volcaniques de surface en Islande que possible afin de mieux comprendre l’éventail des modèles d’éruption sur Vénus. Une équipe de terrain du Centre aérospatial allemand (DLR) a également collecté des informations sur la composition à l’aide d’une caméra simulant l’instrument Venus Emission Mapper (VEM) que le DLR est en train de construire pour VERITAS. Ces données soutiendront la bibliothèque spectrale en cours de construction au Laboratoire de spectroscopie planétaire de Berlin.
« Les diverses caractéristiques et caractéristiques de la surface observées sur Vénus sont liées aux processus volcaniques, qui sont liés à l’intérieur de Vénus », a déclaré Smrekar. « Ces données seront précieuses pour VERITAS pour nous aider à mieux comprendre Vénus. Elles aideront également la mission EnVision de l’ESA, qui étudiera la surface de Vénus à l’aide d’un radar en bande S, ainsi que la communauté dans son ensemble qui souhaite comprendre les observations radar des planètes volcaniques. surfaces. »
Mais Nunes a déclaré que la valeur de la campagne islandaise de deux semaines allait au-delà de la science, offrant une opportunité de consolidation d’équipe qui trouvera un écho dans les années à venir. « C’était une belle dynamique », a-t-il ajouté. « Nous avons travaillé dur et nous nous sommes entraidés, qu’il s’agisse d’emprunter du matériel, de nous rendre sur les sites d’étude ou d’acheter des fournitures, tout le monde s’est mobilisé pour y parvenir.
À l’aide d’un scanner lidar monté sur un trépied, l’équipe scientifique a créé cette image qui met en évidence la texture rocheuse de nouvelles roches formées à partir d’une récente coulée de lave près du volcan Litli-Hrútur en Islande. Ceci sera utilisé pour comparer avec les images radar aéroportées de la même zone. Source : NASA/JPL-Caltech
En savoir plus sur la mission
La mission VERITAS et la mission 2021 Deep Venus Atmospheric Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI) de la NASA dans le cadre du programme d’exploration de la NASA ont été sélectionnées comme les deux prochaines missions de l’agence vers Vénus. Les partenaires de VERITAS comprennent Lockheed Martin Space, l’Agence spatiale italienne, le DLR et le Centre national d’études spatiales en France. Le programme Discovery est géré par le bureau du programme des missions planétaires du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama, pour la division des sciences planétaires de la direction des missions scientifiques de la NASA à Washington.
