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La première découverte chez l'homme révèle des substances chimiques dans le cerveau qui influencent le comportement social

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Dans l'étude d'aujourd'hui (lundi 26 février) La nature du comportement humainLes scientifiques se penchent sur le monde des neuromodulateurs chimiques du cerveau humain, en particulier la dopamine et la sérotonine, pour découvrir leur rôle dans le comportement social.

La recherche, menée sur des patients atteints de la maladie de Parkinson ayant subi une chirurgie du cerveau éveillé, s'est concentrée sur la substance noire du cerveau, une région importante associée au contrôle moteur et au traitement des récompenses.

L'équipe internationale dirigée par Reed Montagu, neuroscientifique informatique à Virginia Tech, a découvert un mécanisme neurochimique jusqu'alors inconnu expliquant une tendance humaine connue à prendre des décisions basées sur le contexte social : les gens sont plus susceptibles d'accepter les offres des ordinateurs tout en rejetant les offres identiques des humains. joueurs. .

Aperçu du jeu de l'ultimatum

Dans l'étude, quatre patients subissant une intervention chirurgicale de stimulation cérébrale profonde pour traiter la maladie de Parkinson ont été plongés dans un jeu d'ultimatum à prendre ou à laisser, un scénario dans lequel ils devaient accepter ou rejeter différentes répartitions de 20 $ provenant à la fois d'un humain et d'un ordinateur. joueurs. Par exemple, un joueur pourrait suggérer de garder 16 $, tandis que le patient recevra les 4 $ restants. Si le patient refuse de se diviser, aucun des deux ne reçoit rien.

« Vous pouvez apprendre aux gens quoi faire dans ce type de jeu – qu'ils devraient accepter même de petites récompenses plutôt que de ne recevoir aucune récompense du tout », a déclaré Montagu, professeur à Virginia Tech Carilion Mountcastle à l'Institut Fralin pour la recherche biomédicale du VTC et du Institut de technologie Fralin. ». Auteur principal de l’étude. « Quand les gens savent qu'ils jouent avec un ordinateur, ils jouent parfaitement, tout comme les économistes mathématiques, en faisant ce qu'ils ont à faire. Mais lorsqu'ils jouent avec un humain, ils ne peuvent pas s'en empêcher. Ils sont souvent poussés à punir les gens. Ils sont une offre plus petite à refuser.

La danse de la dopamine et de la sérotonine

L’idée selon laquelle les gens prennent des décisions en fonction du contexte social n’est pas une idée nouvelle dans les jeux neuroéconomiques. Mais maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont montré que l’effet du contexte social pouvait provenir des interactions dynamiques de la dopamine et de la sérotonine.

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Lorsque les gens prennent des décisions, la dopamine semble suivre de près et réagir selon que l'offre actuelle est meilleure ou pire que la précédente, comme s'il s'agissait d'un système de suivi continu. Pendant ce temps, la sérotonine semble se concentrer uniquement sur la valeur actuelle de l’offre spécifique proposée, suggérant une évaluation plus au cas par cas.

Cette danse rapide se produit sur un fond plus lent, la dopamine étant généralement plus élevée lorsque les gens jouent le rôle d’autres êtres humains – en d’autres termes, lorsque la justice entre en jeu. Ensemble, ces signaux contribuent à l’évaluation globale par notre cerveau de notre valeur lors des interactions sociales.

« Nous mettons en lumière différents processus cognitifs et recevons enfin des réponses à des questions plus détaillées sur le plan biologique », indique l'étude. À l'Institut Fralin de recherche biomédicale.

« Les niveaux de dopamine sont plus élevés lorsque les gens interagissent avec un autre être humain plutôt qu'avec un ordinateur », a déclaré Pang. « Ici, il était également important de mesurer la sérotonine pour nous assurer que la réponse globale au contexte social est spécifique à la dopamine. »

Seth Batten, associé de recherche principal au laboratoire de Montagu et premier auteur de l'étude, a construit des électrodes en fibre de carbone implantées chez des patients subissant une intervention chirurgicale de stimulation cérébrale profonde et a aidé à collecter des données au Mount Sinai Health System à New York.

« Le développement unique de notre méthode est qu'elle nous permet de mesurer plus d'un neurotransmetteur à la fois – et son effet ne doit pas être perdu », a déclaré Patten. « Nous avons déjà vu ces molécules de signalisation, mais c'est la première fois que nous les voyons danser. Personne n'a jamais vu la dopamine et la sérotonine danser dans un contexte social auparavant. »

Découvrir la signification des signaux électrochimiques enregistrés par les patients pendant une intervention chirurgicale a été un défi majeur qui a pris des années à résoudre.

« Les données préliminaires que nous collectons auprès des patients ne sont pas spécifiques à la dopamine, à la sérotonine ou à la noradrénaline, mais à une combinaison de celles-ci », a déclaré Ken Kishida, co-auteur de l'étude et professeur agrégé de neurosciences translationnelles. et neurochirurgie à la faculté de médecine de l'université de Wake Forest. « Nous utilisons essentiellement des outils d'apprentissage automatique pour séparer le contenu des données brutes, comprendre la signature et décoder ce qui se passe avec la dopamine et la sérotonine. »

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dans le Étudier la nature du comportement humainLes chercheurs ont montré comment l’augmentation et la diminution de la dopamine et de la sérotonine sont liées à la cognition et au comportement humains.

« Dans le monde des organismes modèles, il existe un magasin de bonbons rempli de techniques imaginatives pour poser des questions biologiques, mais il est plus difficile de poser des questions sur ce qui fait de vous, vous », a déclaré Montagu, qui est également directeur du Centre de recherche en neurosciences humaines. . et le laboratoire de neuroimagerie humaine de l'institut de recherche biomédicale Fralin.

Traitement de la maladie de Parkinson

« À un moment donné, après avoir évalué suffisamment de personnes, nous serons en mesure d'aborder la pathologie de la maladie de Parkinson qui nous a donné cette fenêtre d'opportunité », a déclaré Montagu, qui est également professeur au College of Science de Virginia Tech.

Dans la maladie de Parkinson, une perte significative des neurones producteurs de dopamine dans le tronc cérébral est une caractéristique majeure qui coïncide généralement avec l'apparition des symptômes.

Cette perte touche le striatum, une zone du cerveau fortement affectée par la dopamine. À mesure que la dopamine diminue, les terminaisons sérotoninergiques commencent à se développer, révélant une interaction complexe, comme observé dans les modèles de rongeurs.

« Il existe déjà des preuves précliniques selon lesquelles l'épuisement du système dopaminergique indique au système sérotoninergique : Hé, nous devons faire quelque chose. » « Mais nous n'avons jamais pu voir la dynamique », a déclaré Montagu. « Ce que nous faisons maintenant est la première étape, mais nous espérons qu'une fois que nous aurons atteint des centaines de patients, nous serons en mesure de corréler cela avec les symptômes et de recueillir des données cliniques sur la maladie de Parkinson. »

À cet égard, les chercheurs ont déclaré qu’il existe une fenêtre ouverte pour identifier un large éventail de troubles cérébraux.

« L'esprit humain est comme une boîte noire », a déclaré Kishida. « Nous avons développé une autre façon de regarder à l’intérieur et de comprendre comment ces systèmes fonctionnent et comment ils sont affectés par différentes situations cliniques. »

« Ce travail change tout le domaine des neurosciences et notre capacité à enquêter sur l'esprit et le cerveau humains – en utilisant une technologie qui n'aurait même pas été conçue il y a de nombreuses années », a déclaré Michael Friedlander, directeur exécutif de l'Institut de recherche biomédicale Fralin et neuroscientifique. qui n’a pas participé à l’étude.

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La psychiatrie est un exemple de domaine médical qui pourrait bénéficier de cette approche, a-t-il déclaré.

« Nous avons un nombre énorme de personnes dans le monde souffrant de divers problèmes psychiatriques et, dans de nombreux cas, les solutions médicamenteuses ne fonctionnent pas bien », a déclaré Friedlander, également vice-président du Département des sciences de la santé et de psychiatrie de l'Université de Virginie. Technologie. technologie. « La dopamine, la sérotonine et d'autres neurotransmetteurs sont d'une certaine manière étroitement liés à ces troubles. Cet effort ajoute une réelle précision et quantité à la compréhension de ces problèmes. La seule chose dont je pense que nous pouvons être sûrs, c'est que ce travail sera très important dans l'avenir du développement de traitements. »

Plus d’une décennie en préparation

Les efforts visant à mesurer en temps réel les neurotransmetteurs dans le cerveau humain ont commencé il y a plus de 12 ans lorsque Montagu a réuni une équipe d'experts qui « voient grand en matière de réflexion ».

Dans des observations inédites sur le cerveau humain, publiées dans la revue Neuron en 2020, des chercheurs ont révélé que la dopamine et la sérotonine agissent à des vitesses inférieures à la seconde pour façonner la façon dont les gens perçoivent le monde et agissent en fonction de leur perception.

Plus récemment, dans une étude publiée en octobre dans la revue Biologie actuelleLes chercheurs ont utilisé leur méthode d'enregistrement des changements chimiques chez les humains éveillés pour mieux comprendre le système noradrénaline du cerveau, qui est depuis longtemps la cible de médicaments destinés à traiter les troubles psychiatriques.

Et en décembre dans le magazine Avancement de la scienceL’équipe a révélé que les changements rapides dans les niveaux de dopamine reflètent des calculs spécifiques liés à la façon dont les humains apprennent des récompenses et des punitions.

« Nous avons effectué plusieurs fois des mesures actives des neurotransmetteurs dans différentes zones du cerveau, et nous avons maintenant atteint le point où nous abordons les éléments critiques qui font de nous des humains », a déclaré Montagu.

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La sonde spatiale Voyager 1 transmet à nouveau des données après que la NASA les a détectées à distance à 24 milliards de kilomètres – The Irish Times

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La sonde spatiale Voyager 1 transmet à nouveau des données après que la NASA les a détectées à distance à 24 milliards de kilomètres – The Irish Times

Le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, a recommencé à communiquer correctement avec la NASA après que les ingénieurs ont travaillé pendant des mois pour réparer à distance la sonde vieille de 46 ans.

Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui construit et exploite le vaisseau spatial robotique de l'agence, a déclaré en décembre que la sonde, située à plus de 24 milliards de kilomètres, envoyait un code absurde à la Terre.

Dans une mise à jour publiée lundi, le JPL a annoncé que l’équipe de la mission avait pu « après quelques investigations innovantes » obtenir des données utilisables sur la santé et l’état des systèmes d’ingénierie de Voyager 1. « La prochaine étape consiste à permettre au vaisseau spatial de commencer à apporter les données scientifiques. dos. » Elle a ajouté que malgré le défaut, Voyager 1 fonctionnait normalement depuis le début.

Lancé en 1977, Voyager 1 a été conçu dans le but principal d'effectuer des études rapprochées de Jupiter et de Saturne au cours d'une mission de cinq ans. Cependant, son voyage s'est poursuivi et le vaisseau spatial approche désormais d'un demi-siècle d'exploitation.

Voyager 1 a pénétré dans l'espace interstellaire en août 2012, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l'homme à quitter le système solaire. Il roule actuellement à une vitesse de 60 821 km/h.

Le dernier problème était lié à l'un des trois ordinateurs à bord du vaisseau spatial, chargé de remplir les données scientifiques et techniques avant de les envoyer sur Terre. Incapable de réparer une puce cassée, l'équipe du JPL a décidé de déplacer le code endommagé ailleurs, une tâche difficile compte tenu de la technologie obsolète.

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Les ordinateurs de Voyager 1 et de sa sœur Voyager 2 disposaient de moins de 70 kilo-octets de mémoire au total, soit l'équivalent d'une image informatique à basse résolution. Ils utilisent de vieilles bandes numériques pour enregistrer des données.

La réparation a été envoyée depuis la Terre le 18 avril, mais il a fallu deux jours pour évaluer si elle a réussi, car il faut environ 22 heures et demie pour que le signal radio atteigne Voyager 1 et 22 heures supplémentaires pour que la réponse revienne sur Terre. .

« Lorsque l'équipe de vol de la mission a reçu une réponse du vaisseau spatial le 20 avril, elle a constaté que la modification fonctionnait », a déclaré le JPL.

Parallèlement à son annonce, le JPL a publié une photo des membres de l'équipe de vol du Voyager applaudissant et applaudissant dans une salle de conférence après avoir reçu des données utilisables, avec des ordinateurs portables, des cahiers et des cookies sur la table devant eux.

L'astronaute canadien à la retraite Chris Hadfield, qui a participé à deux missions de navette spatiale et a servi comme commandant de la Station spatiale internationale, a comparé la mission du JPL à l'entretien longue distance d'une vieille voiture.

« Imaginez qu'une puce informatique se brise dans votre voiture en 1977. « Imaginez maintenant qu'elle se trouve dans l'espace interstellaire, à 25 milliards de kilomètres de là », a écrit Hadfield.

Voyager 1 et 2 ont fait de nombreuses découvertes scientifiques, notamment des enregistrements détaillés de Saturne et la révélation que Jupiter possède également des anneaux, ainsi qu'une activité volcanique active sur l'une de ses lunes, Io. Des sondes ont ensuite découvert 23 nouvelles lunes autour des planètes extérieures.

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Parce que leur trajectoire les éloigne du Soleil, les sondes du Voyager sont incapables d'utiliser des panneaux solaires et convertissent à la place la chaleur générée par la désintégration radioactive naturelle du plutonium en électricité pour alimenter les systèmes du vaisseau spatial.

La NASA espère continuer à collecter des données des deux vaisseaux spatiaux Voyager pendant encore plusieurs années, mais les ingénieurs s'attendent à ce que les sondes soient trop hors de portée pour communiquer d'ici une décennie environ, en fonction de la quantité d'énergie qu'elles peuvent générer. Voyager 2 est un peu en retard sur son jumeau et se déplace un peu plus lentement.

Dans environ 40 000 ans, les deux sondes passeront relativement près, en termes astronomiques, de deux étoiles. Voyager 1 s'approchera à moins de 1,7 années-lumière d'une étoile de la constellation de la Petite Ourse, tandis que Voyager 2 s'approchera à une distance similaire d'une étoile appelée Ross 248 dans la constellation d'Andromède. -Gardien

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Voyager 1 renvoie des données après que la NASA a réparé à distance une sonde vieille de 46 ans | espace

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Voyager 1 renvoie des données après que la NASA a réparé à distance une sonde vieille de 46 ans |  espace

Le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, a recommencé à communiquer correctement avec la NASA après que les ingénieurs ont travaillé pendant des mois pour réparer à distance la sonde vieille de 46 ans.

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui construit et exploite le vaisseau spatial robotique de l'agence, il a dit en décembre Que la sonde – à plus de 24 milliards de kilomètres de distance – envoyait un code absurde à la Terre.

dans Mise à jour publiée lundiLe JPL a annoncé que l'équipe de la mission a pu « après quelques investigations innovantes » obtenir des données utilisables sur la santé et l'état des systèmes d'ingénierie de Voyager 1. « La prochaine étape consiste à permettre au vaisseau spatial de recommencer à renvoyer des données scientifiques », a déclaré le JPL. Elle a ajouté que malgré le défaut, Voyager 1 fonctionnait normalement depuis le début.

Lancé en 1977, Voyager 1 a été conçu dans le but principal d'effectuer des études rapprochées de Jupiter et de Saturne au cours d'une mission de cinq ans. Cependant, son voyage s'est poursuivi et le vaisseau spatial approche désormais d'un demi-siècle d'exploitation.

Voyager 1 a pénétré dans l'espace interstellaire en août 2012, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l'homme à quitter le système solaire. Il roule actuellement à 37 800 mph (60 821 km/h).

Le dernier problème était lié à l'un des trois ordinateurs à bord du vaisseau spatial, chargé de remplir les données scientifiques et techniques avant de les envoyer sur Terre. Incapable de réparer une puce cassée, l'équipe du JPL a décidé de déplacer le code endommagé ailleurs, une tâche difficile compte tenu de la technologie obsolète.

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Les ordinateurs de Voyager 1 et de sa sœur Voyager 2 disposaient de moins de 70 kilo-octets de mémoire au total, soit l'équivalent d'une image informatique à basse résolution. Ils utilisent de vieilles bandes numériques pour enregistrer des données.

Le correctif a été envoyé depuis la Terre le 18 avril, mais il a fallu deux jours pour évaluer s'il a réussi, car il faut environ 22 heures et demie pour qu'un signal radio atteigne Voyager 1 et encore 22 heures et demie pour la réponse à retourner dans l'espace. Atterrir. « Lorsque l'équipe de vol de la mission a reçu une réponse du vaisseau spatial le 20 avril, elle a constaté que la modification fonctionnait », a déclaré le JPL.

Voyager 1 et 2 ont fait de nombreuses découvertes scientifiques, notamment des enregistrements détaillés de Saturne et la révélation que Jupiter possède également des anneaux, ainsi qu'une activité volcanique active sur l'une de ses lunes, Io. Des sondes ont ensuite découvert 23 nouvelles lunes autour des planètes extérieures.

Parce que leur trajectoire les éloigne du Soleil, les sondes du Voyager sont incapables d'utiliser des panneaux solaires et convertissent à la place la chaleur générée par la désintégration radioactive naturelle du plutonium en électricité pour alimenter les systèmes du vaisseau spatial.

Dans environ 40 000 ans, les deux sondes passeront relativement près, en termes astronomiques, de deux étoiles. Voyager 1 s'approchera à moins de 1,7 années-lumière d'une étoile de la constellation de la Petite Ourse, tandis que Voyager 2 s'approchera à une distance similaire d'une étoile appelée Ross 248 dans la constellation d'Andromède.

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La mesure la plus précise jamais réalisée nous rapproche de la véritable masse de la particule « fantôme ».

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La mesure la plus précise jamais réalisée nous rapproche de la véritable masse de la particule « fantôme ».

La masse au repos des neutrinos fantômes est l’une des quantités les plus recherchées en physique des particules et les scientifiques sont sur le point de la localiser, grâce à une nouvelle expérience menée par des chercheurs de l’Institut Max Planck de physique nucléaire en Allemagne.

Si la masse des neutrinos est connue, cela pourrait ouvrir la porte à une physique au-delà du modèle standard de la physique des particules, qui décrit toutes les forces et particules élémentaires connues de l’univers.

Dire que les neutrinos sont étranges est un euphémisme. Autrefois suggéré qu'il n'y avait pas de masse du tout, il est désormais clair que cette particule à peine existante est en réalité composée de trois types en un, avec des identités oscillant dans un étrange flou quantique alors qu'elle se précipite dans l'espace. Cette faible identité signifie la masse, qui Il se présente sous différentes formesétalé sur l'apparence changeante du neutrino.

Parce qu’ils sont si légers et étranges, les neutrinos ne respectent peut-être pas les mêmes règles que les autres particules. L’ajout précis d’un échantillon de leurs masses incroyablement petites pourrait aider à confirmer et à exclure de nouveaux modèles en physique des particules.

Cependant, les physiciens ne peuvent pas peser des groupes de neutrinos stationnaires comme des raisins sur une balance. Au lieu de, Ils peuvent juste Confirmer l'existence Ces particules subatomiques en examinant leurs interactions avec d'autres particules, ou En mesurant les produits Leur décadence. C'est peut-être juste la particule Présent pour le plus bref instant Mais à ce moment-là, il laisse sa marque, ou une trace, à partir de laquelle les physiciens peuvent déduire la masse.

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Cependant, sans charge et pratiquement sans force gravitationnelle, les neutrinos n’exercent que les forces les plus faibles sur les autres particules. En fait, des milliards de neutrinos traversent votre corps en ce moment, la plupart provenant du Soleil, mais… Ils interagissent rarement Avec nous.

Cependant, ce n’est pas parce qu’ils ont peu d’effet sur les autres particules subatomiques que les neutrinos ne constituent pas une partie essentielle de la matière. qu'ils Les molécules les plus abondantes Qui ont une masse dans l'univers, et savoir ce qui donne à ces différences entre les neutrinos des masses si petites, non nulles, peut aider les physiciens à résoudre ou à comprendre certaines des divergences du modèle standard que présentent les neutrinos dans la façon dont ils oscillent.

Les physiciens améliorent régulièrement leurs meilleures estimations des limites supérieures des masses individuelles et collectives des neutrinos en utilisant différentes méthodes. La mesure la plus précise à ce jour d'une « saveur » appelée neutrino électronique a révélé qu'elle ne pouvait pas dépasser 0,8 MeV. Traduisant cela en masse en termes de 1 kilogramme (ou 2,2 livres), cela équivaut au poids de quatre raisins secs par rapport au soleil.

L'estimation la plus récente a été déterminée en février 2022 par l'expérience Karlsruhe Tritium Neutrino (Catherine) en Allemagne, a été déduite de la pulvérisation d'électrons et de neutrinos émise comme une forme super-lourde de désintégration de l'hydrogène.

Une autre façon d'obtenir la masse d'un neutrino, aussi légère soit-elle, consiste à étudier ce qui se passe lorsque le noyau atomique de l'isotope artificiel holmium-163 absorbe un électron de sa coque interne. En conséquence, un proton se transforme en neutron, du dysprosium-163 est produit et un neutrino est libéré.

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Les physiciens peuvent alors mesurer l'énergie totale libérée lors de cette désintégration à l'aide d'un type de calorimètre et en déduire la masse du neutrino « manquant » qui a volé dans l'éther en se basant sur la masse totale de l'atome et la célèbre équation d'Einstein, E = mc2.2Où masse et énergie sont égales.

Ceci est calculé comme ce qu'on appelle valeur x: Une différence d'énergie qui peut se traduire par la masse « perdue » de la somme des particules atomiques après une réaction de désintégration. Cette différence de masse est interprétée comme un neutrino.

Cependant, les atomes d'or dans lesquels l'holmium-163 est présent peuvent affecter cette réaction de désintégration, Il explique Christoph Schweiger, physicien à l'Institut Max Planck de physique nucléaire et auteur principal de la nouvelle étude.

« Il est donc important de mesurer la valeur Q le plus précisément possible à l'aide d'une méthode alternative et de la comparer à la valeur déterminée par calorimétrie afin de détecter d'éventuelles sources d'erreur systématiques. » Il dit.

Pour ce faire, Schweiger et ses collègues ont mis en place une expérience combinant cinq soi-disant Pièges à écrireempilés les uns sur les autres à l'intérieur d'un aimant supraconducteur placé sous vide et immergé dans de l'hélium liquide à environ 4 degrés Kelvin (-269,1 degrés Celsius ou -452,5 degrés Fahrenheit).

PENTATRAP se compose de cinq pièges à écriture empilés les uns sur les autres, comme le montre la tour centrale jaune. (MPI pour la physique nucléaire)

Tous ces efforts contribuent à protéger l’équipement afin qu’il soit suffisamment sensible pour capturer les particules dans les pièges de Penning et mesurer d’infimes différences d’énergie entre les ions chargés d’holmium-163 et de dysprosium-163.

« Avec un Airbus A-380 doté d'une charge utile maximale, vous pouvez utiliser cette sensibilité pour déterminer si une seule goutte d'eau s'est posée dessus », a déclaré Schweiger. Il dit.

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En fait, les chercheurs ont mesuré les ions holmium-163 entrants et les ions dysprosium-163 résultants pour arriver à une valeur Q de 2863,2 ± 0,6 eVC.-2qui est 50 fois plus précise que la tension précédente, qui atteignait une valeur de 2833 ± 34 V C.-2.

L’utilisation d’une valeur Q plus précise et mesurée de manière indépendante en conjonction avec d’autres résultats expérimentaux « est essentielle pour évaluer les incertitudes systématiques dans la détermination de la masse des neutrinos », expliquent Schweiger et ses collègues. Écrire dans leur article publié.

Bien qu'il ne s'agisse que d'une pièce du puzzle, une résolution améliorée dans des mesures telles que Q peut être combinée à un large éventail de méthodes pour comprendre pourquoi les fantômes étranges et chatoyants du monde des particules se comportent comme des esprits frappeurs.

L'étude a été publiée dans Physique naturelle.

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