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La découverte d’un boson W « extraordinaire » contredit la compréhension du fonctionnement de l’univers | La science

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La découverte d’un boson W « extraordinaire » contredit la compréhension du fonctionnement de l’univers |  La science

Après une décennie de mesures minutieuses, les scientifiques ont annoncé qu’une particule fondamentale – le boson W – a une masse beaucoup plus importante que prévu, ébranlant les fondements de notre compréhension du fonctionnement de l’univers.

Ces fondements sont étayés par le modèle standard de la physique des particules, qui est la meilleure théorie dont disposent les scientifiques pour décrire les éléments constitutifs les plus importants de l’univers et les forces qui les contrôlent.

Le boson W est une particule fondamentale chargée électriquement qui contrôle la force dite faible, qui est l’une des quatre forces fondamentales de la nature, et donc l’un des piliers du modèle standard.

Cependant, la mesure la plus précise jamais réalisée d’un boson W est en conflit direct avec les règles du modèle standard, selon une nouvelle étude publiée dans le Science Journal.

Ashutosh Kotwal, le physicien de l’Université Duke qui a dirigé l’étude, a déclaré que le résultat a pris plus de 400 scientifiques sur 10 ans pour enregistrer et examiner « un ensemble de données d’environ 450 000 milliards de collisions ».

Ces collisions – réalisées en écrasant des particules ensemble à une vitesse étonnante à étudier – ont été réalisées par le collisionneur Tevatron dans l’État américain de l’Illinois.

C’était l’accélérateur de particules le plus énergétique du monde jusqu’en 2009, date à laquelle il a été remplacé par le Large Hadron Collider près de Genève, célèbre pour avoir observé le boson de Higgs quelques années plus tard.

Le Tevatron a cessé de fonctionner en 2011, mais les scientifiques du Collider Detector du Fermilab (CDF) calculent les chiffres depuis lors.

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Harry Cliff, physicien des particules à l’Université de Cambridge qui travaille au Large Hadron Collider, a déclaré que le modèle standard était « probablement la théorie et la théorie scientifique les plus réussies jamais écrites – il peut faire des prédictions incroyablement précises ».

Mais si ces prédictions s’avèrent fausses, elles ne peuvent pas simplement être modifiées.

« C’est comme un château de cartes, vous en tirez trop un morceau, tout s’effondre », a déclaré Cliff.

Mais le modèle standard n’est pas sans problèmes. Par exemple, il ne prend pas en compte la matière noire, qui représenterait 95% de l’univers.

De plus, « certaines fissures ont été récemment détectées dans le modèle standard », ont déclaré les physiciens dans un article scientifique d’accompagnement.

« Dans ce cadre d’indices pour les pièces manquantes dans le modèle standard, nous avons fourni un autre élément de preuve très intéressant et quelque peu substantiel », a déclaré Kotwal.

« Il s’agit soit d’une découverte majeure, soit d’un problème dans l’analyse des données », a déclaré Jean Starck, physicien et directeur de recherche à l’Institut français du CNRS, prédisant « des discussions très animées dans les années à venir ».

« Des allégations extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires », a-t-il déclaré.

Les scientifiques du CDF ont déclaré avoir déterminé la masse du boson W avec une précision de 0,01 %, soit deux fois la précision des efforts précédents.

Ils ont comparé cela à un gorille de 350 kg (800 lb) pesant 40 g (1,5 oz).

Ils ont constaté qu’il était différent de la prédiction du modèle standard de sept écarts-types, également appelés sigma.

Si vous lancez une pièce, dit Cliff, « les chances d’obtenir un résultat Five Sigma par pure chance sont d’une sur trois millions et demi ».

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« Si cela est réel, et non un biais systématique ou une incompréhension de la façon dont les calculs sont effectués, c’est un gros problème car cela signifie qu’il existe un nouveau composant fondamental dans notre univers que nous n’avons pas découvert auparavant. »

Cependant, a-t-il ajouté, « Si vous allez dire quelque chose d’aussi important que nous avons brisé le modèle standard de la physique des particules, et qu’il y a de nouvelles particules à découvrir, pour convaincre les gens que vous avez probablement besoin de plus d’une mesure de plus de une. »

« Il appartient maintenant à la communauté de la physique théorique et à d’autres expériences de suivre cela et de faire la lumière sur ce mystère », a déclaré le porte-parole du CDF, David Tupac.

Et après une décennie de mesures, Kotwal n’a pas encore été réalisé.

« Nous suivons les indices et ne négligeons aucun effort, nous allons donc découvrir ce que cela signifie. »

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Les échantillons atmosphériques martiens peuvent-ils nous en apprendre davantage sur la planète rouge que les échantillons de surface ?

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Les échantillons atmosphériques martiens peuvent-ils nous en apprendre davantage sur la planète rouge que les échantillons de surface ?

La NASA travaille activement au retour d’échantillons de surface de Mars dans les prochaines années, ce qui, espère-t-elle, nous aidera à mieux comprendre si une vie ancienne existait à la surface de la planète rouge il y a des milliards d’années. Mais qu’en est-il des échantillons atmosphériques ? Pourraient-ils fournir aux scientifiques de meilleures informations sur l’histoire de Mars ? C’est ce qu’un Étude récente Introduction dans 55oui Conférence sur les sciences lunaires et planétaires Envisagez de vous lancer dans cette aventure alors qu’une équipe de chercheurs internationaux a étudié l’importance de rapporter des échantillons atmosphériques de Mars et comment ces échantillons pourraient nous renseigner sur la formation et l’évolution de la planète rouge.

ici, L’univers aujourd’hui Cette recherche est discutée avec l’auteur principal de l’étude, Dr Edward Youngprofesseur au Département des sciences de la Terre, des planètes et de l’espace à l’UCLA et co-auteur de l’étude, Dr Timothy Swindell, professeur émérite au Laboratoire Lunaire et Planétaire de l’Université d’Arizona, concernant la motivation derrière l’étude, la manière dont les échantillons atmosphériques seront obtenus, les missions en cours ou proposées, les études de suivi et s’ils croient que la vie a déjà existé sur le Rouge. Planète. Alors, quelle est la motivation pour étudier ?

dit le Dr Young L’univers aujourd’hui« Nous en apprenons beaucoup sur l’origine d’une planète grâce à son atmosphère ainsi qu’à ses roches. En particulier, les rapports isotopiques de certains éléments peuvent contraindre les processus qui conduisent à la formation des planètes.

Crédit : Agence spatiale européenne

« Il existe essentiellement deux types de motivation », poursuit le Dr Swindle. « La première est que nous prévoyons d’apporter tous ces échantillons de roches, et nous souhaiterions savoir comment ils interagissent avec l’atmosphère, mais nous ne pouvons pas. Nous savons cela sans connaître la composition de l’atmosphère en détail. Nous avons donc besoin d’un échantillon de l’atmosphère pour savoir avec quoi les roches échangeaient des éléments et des isotopes, mais nous voulons également obtenir un échantillon de l’atmosphère martienne pour répondre. Quelques questions fondamentales sur les processus qui se sont produits ou se produisent sur Mars. Par exemple, les météorites martiennes contiennent des gaz rares piégés dans l’atmosphère. Les composants atmosphériques, tels que le krypton et le xénon, semblent être au moins deux composants « atmosphériques » différents dans ces météorites.

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Pour l’étude, les chercheurs ont proposé plusieurs avantages pour le retour d’un échantillon de l’atmosphère martienne sur Terre, notamment la présence d’échantillons atmosphériques dans les tubes à échantillons du vaisseau spatial Perseverance de la NASA (PERSIE), l’obtention d’un aperçu d’un voisin solaire potentiel à l’intérieur de Mars et l’évolution tendances des compositions. Atmosphère, cycle de l’azote et sources de méthane sur Mars. Pour l’échantillon d’air de Percy, également connu sous le nom Echantillon n°1 « Rubion »L’étude indique comment cet échantillon a été obtenu après que Percy ait tenté de collecter un échantillon de substrat rocheux, mais a fini par collecter des gaz atmosphériques. De plus, l’étude suggère qu’il n’y aura aucune fuite que le tube d’échantillon rencontrera en attendant son retour sur Terre, et que les gaz à l’intérieur de l’échantillon sont également idéaux pour l’analyse une fois qu’il reviendra sur Terre. Mais en dehors de l’échantillon de Percy, comment obtenir un échantillon de l’atmosphère martienne ?

« Au moins deux autres idées ont été proposées pour collecter un échantillon de l’atmosphère martienne », explique le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui. « L’une consiste à lancer un vaisseau spatial à travers l’atmosphère martienne, à collecter un échantillon lors de son passage, puis à le renvoyer sur Terre. L’autre consiste à disposer d’un « bidon » de retour d’échantillon (il n’est pas nécessaire qu’il soit plus gros que le Perseverance). tube) qui contient des valves et un compresseur d’air (martien).  » Vous pouvez l’atterrir sur la surface de Mars, ouvrir la valve de l’atmosphère, allumer le compresseur et obtenir un échantillon contenant l’atmosphère martienne des centaines ou des milliers de fois plus grande que l’atmosphère martienne. le volume a été scellé sans compression, comme Perseverance l’a fait, et nous espérons le refaire « 

Le Dr Swindell et le Dr Young mentionnent tous deux Collecte d’échantillons pour l’étude de Mars (SCIM) La mission, proposée en 2002 par une équipe de chercheurs de la NASA et d’universitaires, visait à collecter des échantillons atmosphériques à 40 kilomètres (25 miles) au-dessus de la surface de Mars et à les renvoyer sur Terre pour une analyse plus approfondie. Alors que SCIM Il a été sélectionné comme demi-finaliste Quant au programme Mars Scout 2007, il n’a malheureusement pas été sélectionné pour un développement ultérieur, disent le Dr Young et le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui Aucune mission d’échantillonnage atmosphérique n’est actuellement prévue, à l’exception du rover d’échantillonnage Percy. Par conséquent, quelles études de suivi de cette recherche sont actuellement en cours ou prévues ?

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Les Drs Swindle et Young mentionnent tous deux comment des efforts sont déployés pour collecter de petites quantités de gaz atmosphériques en raison de la petite taille des tubes d’échantillonnage, explique le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui« Une grande série de questions à l’heure actuelle est de savoir dans quelle mesure le tube hermétique de Perseverance retiendra un échantillon atmosphérique. Quelle est la qualité de l’étanchéité ? Le tube pourrait-il fuir lors d’un atterrissage dur ? Certaines molécules de l’atmosphère martienne adhéreront-elles aux couches du Il y a eu des activités autour de toutes ces questions, et jusqu’à présent, les réponses ont toutes été bonnes – il semble que ces tubes Perseverance pourraient bien fonctionner, même s’ils n’ont pas vraiment été conçus pour l’échantillonnage atmosphérique.

Comme mentionné précédemment, l’obtention et le retour d’un échantillon atmosphérique de Mars peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre la formation et l’évolution de la planète rouge. Alors que Mars d’aujourd’hui est un monde extrêmement froid et sec, avec une atmosphère qui ne représente qu’une fraction de celle de la Terre, aucune possibilité d’eau liquide à la surface et aucun volcan actif non plus. Cependant, des preuves significatives obtenues auprès des atterrisseurs, des rovers et des orbiteurs au cours des dernières décennies suggèrent que Mars était très différente des milliards d’années après sa formation. Ceux-ci comprenaient un intérieur actif qui produisait un champ magnétique protégeant la surface des rayonnements solaires et cosmiques nocifs, une atmosphère plus épaisse reconstituée par des volcans actifs et de l’eau liquide qui coulait, qui seraient tous susceptibles de soutenir une certaine forme de vie sur Terre. Surface.

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Cependant, étant donné la petite taille de Mars (la moitié de la taille de la Terre), cela signifiait que sa température interne se refroidissait beaucoup plus rapidement (peut-être sur des millions d’années), rendant les volcans inactifs et dissipant le champ magnétique entraîné par l’activité interne. , ce dernier entraînant un rayonnement solaire et cosmique nocif qui détruit l’atmosphère et l’eau liquide de surface s’évapore avec elle dans l’espace. Alors, le Dr Young et le Dr Swindle croient-ils que la vie a déjà existé sur Mars, et la trouverons-nous un jour ?

dit le Dr Young L’univers aujourd’hui« Je ne sais vraiment pas. Je pense que la vie microbienne à un moment donné dans le passé, ou même maintenant, est une hypothèse plausible, mais nous n’avons pas suffisamment d’informations. »

Le Dr Swindell fait également écho à son incertitude quant à savoir si la vie a jamais existé sur Mars, mais le précise à travers la narration. L’univers aujourd’hui« Sinon, pourquoi la vie a-t-elle commencé si tôt sur Terre, et pas sur Mars, qui avait un climat similaire à l’époque. Et si elle existait, dans quelle mesure était-elle similaire à la vie sur Terre puisque la Terre et Mars échangent toujours des roches ? En raison des collisions, la vie sur Terre est-elle liée à la vie sur Mars ? Si elle existe, elle serait difficile à trouver, mais un échantillon atmosphérique pourrait aider. Par exemple, il semble y avoir du méthane dans la plupart, mais pas dans la totalité. Le méthane présent dans l’atmosphère terrestre est biologique, et l’analyse des rapports relatifs des isotopes du carbone ou de l’hydrogène est l’un des meilleurs moyens de le savoir.

Quand aurons-nous un échantillon atmosphérique de Mars et que nous apprendra-t-il sur la formation et l’évolution de la planète rouge dans les années et décennies à venir ? Seul le temps nous le dira, c’est pourquoi nous étudions !

Comme toujours, continuez à faire de la science et continuez à rechercher !

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La première preuve de l’existence de « régions englouties » autour des trous noirs dans l’espace

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La première preuve de l’existence de « régions englouties » autour des trous noirs dans l’espace

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Le trou noir attire la matière de l’étoile compagnon vers lui, formant un disque qui tourne autour du trou noir avant de tomber dedans. Crédit image : NASA/CXC/EM. Weiss.

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Le trou noir attire la matière de l’étoile compagnon vers lui, formant un disque qui tourne autour du trou noir avant de tomber dedans. Crédit image : NASA/CXC/EM. Weiss.

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs en physique de l’Université d’Oxford a prouvé qu’Einstein avait raison sur une prédiction clé concernant les trous noirs. En utilisant des données de rayons X pour tester la théorie de la gravité d’Einstein, leur étude a fourni la première preuve observationnelle de l’existence d’une « zone de plongée » autour des trous noirs : une région où la matière cesse de tourner autour du trou et tombe directement dedans. En outre, l’équipe a découvert que cette région exerce certaines des forces gravitationnelles les plus puissantes jamais identifiées dans la galaxie. Les résultats ont été publiés dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Les nouvelles découvertes font partie d’une vaste enquête sur les mystères exceptionnels autour des trous noirs menée par des astrophysiciens de la physique de l’Université d’Oxford. Cette étude s’est concentrée sur des trous noirs plus petits relativement proches de la Terre, en utilisant des données de rayons X collectées à partir des télescopes Nuclear Spectroscopique Space Telescope Array (NuSTAR) et Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER). Plus tard cette année, la deuxième équipe d’Oxford espère se rapprocher de l’enregistrement des premières vidéos de trous noirs plus grands et plus éloignés dans le cadre d’une initiative européenne.

Contrairement à la théorie de la gravité de Newton, la théorie d’Einstein affirme qu’il est impossible pour les particules de suivre des orbites circulaires en toute sécurité à proximité d’un trou noir. Au lieu de cela, ils se « précipitent » rapidement vers le trou noir à une vitesse proche de celle de la lumière. L’étude d’Oxford a évalué cette région en profondeur pour la première fois, en utilisant des données de rayons X pour mieux comprendre la force générée par les trous noirs.

Le Dr Andrew Mummery a déclaré : « Il s’agit du premier aperçu de la façon dont le plasma, décollé du bord extérieur de l’étoile, subit sa chute finale au centre du trou noir, un processus qui se produit dans un système d’environ dix mille années-lumière. loin. » , professeur de physique à l’Université d’Oxford, qui a dirigé l’étude. « Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il existe de nombreux trous noirs dans la galaxie et que nous disposons désormais d’une nouvelle technique puissante à utiliser pour étudier les champs gravitationnels les plus puissants connus. »

« La théorie d’Einstein avait prédit cette baisse récente, mais c’est la première fois que nous sommes en mesure de prouver que cela s’est produit », a poursuivi le Dr Mummery. « Pensez-y comme à une rivière qui se transforme en cascade. Jusqu’à présent, nous regardions la rivière. C’est notre première vue d’une cascade. »

« Nous pensons que cela représente un nouveau développement passionnant dans l’étude des trous noirs, nous permettant d’étudier cette dernière région qui les entoure. Ce n’est qu’alors que nous pourrons pleinement comprendre la force de gravité », a ajouté Mummery. « Cette dernière goutte de plasma se produit au bord du trou noir et montre la réponse de la matière à la gravité la plus forte possible. »

Les astrophysiciens tentent depuis un certain temps de comprendre ce qui se passe près de la surface d’un trou noir, et ils le font en étudiant les disques de matière en orbite autour d’eux. Il existe une dernière région de l’espace-temps, connue sous le nom de région de naufrage, où la descente finale dans le trou noir est impossible à arrêter et où le fluide environnant est effectivement condamné.

Le débat parmi les astrophysiciens dure depuis de nombreuses décennies sur la possibilité de découvrir ce qu’on appelle la zone engloutie. L’équipe d’Oxford a passé les deux dernières années à en développer des modèles et, dans l’étude qui vient de paraître, elle démontre la première détection confirmée réalisée à l’aide de télescopes à rayons X et de données de la Station spatiale internationale.

Alors que cette étude se concentre sur les petits trous noirs plus proches de la Terre, une deuxième équipe d’étude de l’Université de physique d’Oxford fait partie d’une initiative européenne visant à construire un nouveau télescope, le Télescope millimétrique africain, qui améliorerait considérablement notre capacité à prendre des images directes de trous noirs. des trous. . Plus de 10 millions d’euros de financement ont déjà été obtenus, dont une partie servira à soutenir plusieurs premières thèses de doctorat en astrophysique à l’Université de Namibie, en étroite collaboration avec l’équipe de physique d’Oxford.

On s’attend à ce que le nouveau télescope permette pour la première fois d’observer et de photographier de grands trous noirs au centre de notre galaxie, ainsi qu’au-delà. Comme pour les petits trous noirs, les grands trous noirs devraient avoir ce qu’on appelle un « horizon des événements », attirant la matière de l’espace vers leur centre en spirale pendant que le trou noir tourne. Celles-ci représentent des sources d’énergie presque inimaginables, et l’équipe espère les observer et les photographier en orbite pour la première fois.

L’étude « Persistent Emission from Within the Sinking Region of Black Hole Disks » a été publiée dans les Avis mensuels de la Société Astronomique.

Plus d’information:
Andrew Mummery et al., Émission continue depuis la région descendante des disques de trous noirs, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae1160

Informations sur les magazines :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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Un milliardaire espère améliorer le télescope Hubble lors d’une mission spéciale SpaceX, mais cela pourrait-il vraiment arriver ?

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Un milliardaire espère améliorer le télescope Hubble lors d’une mission spéciale SpaceX, mais cela pourrait-il vraiment arriver ?

Le célèbre observatoire Hubble de la NASA a encore des années de vie, et des idées sont en cours pour peut-être le maintenir plus longtemps – mais ces propositions pourraient se heurter à des batailles difficiles.

Le télescope spatial Hubble, lancé en 1990, a été entretenu cinq fois par des astronautes et reste en bonne santé. Mais le télescope vieillit et tombe lentement vers la Terre en raison de la traînée naturelle de l’atmosphère, c’est pourquoi l’homme d’affaires milliardaire et astronaute privé Jared Isaacman a contribué à l’élaboration d’une proposition visant à envoyer une mission de maintenance au télescope pour la première fois depuis 2009.

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