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L’équipe crée une nouvelle phase de la matière, le « cristal du temps »

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L’équipe crée une nouvelle phase de la matière, le « cristal du temps »

Une équipe de chercheurs a créé et observé une nouvelle phase de la matière, communément appelée « cristal du temps ».

Il y a un énorme effort mondial pour concevoir un ordinateur capable d’exploiter la puissance de la physique quantique pour effectuer des calculs d’une complexité sans précédent. Alors que de formidables obstacles technologiques s’opposent encore à la création de telles ordinateur quantique, les prototypes actuels sont encore capables de réaliser des exploits remarquables.

« C’est une phase de la matière complètement robuste, où vous n’ajustez pas les paramètres ou les états mais votre système est toujours quantitatif. »

Par exemple, la création d’un « cristal du temps ». comme un fichier structure en cristal Il se répète dans l’espace, un cristal temporel qui se répète dans le temps, et plus important encore, il le fait à l’infini et sans autre apport d’énergie – comme une horloge qui fonctionne indéfiniment sans piles. La poursuite de cette étape de la matière a été un défi de longue date en théorie et en expérimentation – un défi qui porte enfin ses fruits.

dans la revue tempérer la natureDans le détail, l’équipe de scientifiques a créé un cristal temporel à l’aide du matériel informatique quantique Sycamore de Google.

dit Matteo Ippolitti, chercheur postdoctoral à l’Université de Stanford et co-auteur de l’ouvrage. « Au lieu du calcul, nous avons mis l’ordinateur au travail comme une nouvelle plate-forme expérimentale pour percevoir et découvrir de nouvelles phases de la matière. »

Pour l’équipe, l’excitation de leurs réalisations réside non seulement dans la création d’une nouvelle phase de la matière, mais aussi dans l’ouverture d’opportunités pour explorer de nouveaux systèmes dans le domaine de la physique de la matière condensée, qui étudie de nouveaux phénomènes et propriétés provoqués par les interactions collectives de nombreux choses dans le système. (Ces interactions peuvent être beaucoup plus riches que les propriétés d’organismes individuels.)

« Les cristaux temporels sont un exemple frappant d’un nouveau type de phase quantique de la matière hors d’équilibre », déclare Vedika Khemani, professeur adjoint de physique à l’Université de Stanford et auteur principal du document de recherche. « Alors qu’une grande partie de notre compréhension de la physique de la matière condensée dépend des systèmes d’équilibre, ces nouveaux dispositifs quantiques nous offrent une fenêtre fascinante sur de nouveaux systèmes hors d’équilibre en physique multicorps. »

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Qu’est-ce qu’un cristal temporel exactement ?

Les ingrédients de base pour faire un cristal cette fois-ci sont les suivants : l’équivalent physique d’une mouche des fruits et quelque chose pour lui donner un coup de pouce. Drosophila Physics est le modèle d’Ising, un outil de longue date pour comprendre divers phénomènes physiques – y compris les transitions de phase et le magnétisme – qui consiste en un réseau où chaque position de particule occupe qui peut être dans deux états, vers le haut ou vers le bas.

Au cours de ses années d’études supérieures, Khimani, son directeur de doctorat Shivaji Sundi, alors à l’Université de Princeton, et Achilleas Lazarides et Rodrich Mosner de l’Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes sont tombés par inadvertance sur cette recette pour fabriquer des cristaux de temps. Ils étudiaient les systèmes hors équilibre de nombreux corps locaux – des systèmes où les particules « se bloquent » dans l’état dans lequel elles ont commencé et ne peuvent jamais se détendre à l’état d’équilibre.

Ils étaient intéressés à explorer les phases qui pourraient se développer dans de tels systèmes lorsqu’ils sont périodiquement « coupés » par le laser. Non seulement ils ont pu trouver des phases stables de non-équilibre, mais ils en ont trouvé une où le spin de la particule basculait entre des motifs qui se répétaient indéfiniment, deux fois plus longtemps que la commande du laser, créant un cristal temporel.

Le mouvement périodique du laser définit un rythme spécifique de la dynamique. Normalement, la « danse » des enroulements devrait coïncider avec ce rythme, mais en même temps le cristal ne l’est pas. Au lieu de cela, il alterne entre deux états, ne complétant le cycle qu’après que le laser l’a frappé deux fois. Cela signifie que la cohérence du temps de compilation du système est désactivée.

Les symétries jouent un rôle fondamental en physique et sont souvent brisées – ce qui explique les origines des cristaux ordinaires, des aimants et de nombreux autres phénomènes ; Cependant, la symétrie de translation temporelle se démarque car, contrairement à d’autres symétries, elle ne peut pas être rompue en équilibre. Le coup de pied périodique est une échappatoire qui rend possible les cristaux de temps.

Doubler la période d’oscillation est inhabituel, mais pas sans précédent. Les oscillations à longue durée de vie sont également très courantes dans la dynamique quantique de quelques systèmes de particules. Ce qui rend un cristal temporel unique, c’est qu’il s’agit d’un système de millions de choses qui présentent ce genre de comportement coordonné sans qu’aucune énergie n’entre ou ne sorte.

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« C’est une phase de la matière complètement robuste, où vous n’affinez pas les paramètres ou les états mais votre système est toujours quantique », explique Sundy, professeur de physique à l’Université d’Oxford et co-auteur du document de recherche. « Il n’y a pas d’alimentation en énergie, il n’y a pas d’épuisement d’énergie, et cela continue pour toujours et implique de nombreuses particules hautement réactives. »

Bien que cela puisse sembler étrangement proche d’une « machine à mouvement perpétuel », un examen plus approfondi révèle que les cristaux temporels n’enfreignent aucune loi physique. L’entropie – une mesure du désordre dans un système – reste constante dans le temps, satisfaisant marginalement la deuxième loi de la thermodynamique en ne décroissant pas.

Entre le développement de ce plan pour un cristal temporel et l’expérience sur ordinateur quantique qui lui a donné vie, plusieurs expériences menées par de nombreuses équipes de chercheurs différentes ont atteint de nombreux jalons cristallins à peu près dans le temps. Cependant, fournir tous les ingrédients de la recette de la « localisation à plusieurs corps » (phénomène qui permet une cristallisation en temps fixe à l’infini) restait un défi majeur.

Pour Khemani et ses collaborateurs, la dernière étape vers le succès de Crystal consistait à travailler avec une équipe de Google Quantum AI. Ensemble, ce groupe a utilisé le matériel informatique quantique Sycamore de Google pour programmer 20 « spins » en utilisant la version quantique des éléments d’information d’un ordinateur classique, appelés qubits.

Révèle l’intérêt actuel pour les cristaux de temps, un autre cristal apparaît en ce moment Science ce mois. Ce cristal a été créé à l’aide de qubits à l’intérieur du diamant par des chercheurs de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas.

Vérifiez leur travail

Les chercheurs ont pu confirmer leur affirmation d’un cristal en temps réel grâce aux capacités spéciales d’un ordinateur quantique. Bien que la taille finie et le temps de cohérence du dispositif quantique (imparfait) signifient que leur expérience était limitée en taille et en durée – de sorte que les oscillations cristallines ne peuvent être observées que pendant quelques centaines de cycles plutôt qu’indéfiniment – les chercheurs ont conçu différents protocoles pour évaluer le stabilité de leur création. Celles-ci comprenaient l’exécution de la simulation en avant et en arrière dans le temps et sa mise à l’échelle.

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« Nous avons utilisé avec succès l’ingéniosité d’un ordinateur quantique pour nous aider à analyser ses limites », déclare Moessner, co-auteur du document de recherche et directeur de l’Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes. « Il nous a essentiellement expliqué comment corriger ses propres erreurs, afin que l’empreinte du comportement parfait d’un cristal temporel puisse être vérifiée grâce à des observations dans un temps limité. »

La signature principale d’un cristal temporel idéal est qu’il présente des vibrations non spécifiques de tous les états. La vérification de ce pouvoir dans la sélection des états a été un défi expérimental majeur, et les chercheurs ont conçu un protocole pour examiner plus d’un million d’états de cristaux temporels en un seul cycle de l’appareil, ne nécessitant que quelques millisecondes d’exécution. C’est comme regarder un cristal physique sous plusieurs angles pour vérifier sa structure répétitive.

« La caractéristique unique de notre processeur quantique est sa capacité à créer des états quantiques très complexes », déclare Xiao Mi, chercheur chez Google et co-auteur principal du document de recherche. « Ces états permettent d’étudier efficacement les structures de phase du matériau sans avoir à étudier l’ensemble de l’espace de calcul, une tâche autrement inextricable. »

Créer une nouvelle phase de la matière est sans aucun doute passionnant à un niveau fondamental. De plus, le fait que ces chercheurs aient pu le faire indique l’utilité croissante des ordinateurs quantiques pour des applications autres que l’informatique. « Je suis optimiste qu’avec des qubits plus nombreux et meilleurs, notre approche pourrait devenir une méthode majeure pour étudier la dynamique des déséquilibres », déclare Pedram Roshan, chercheur chez Google et auteur principal de l’article.

« Nous pensons que l’utilisation la plus excitante des ordinateurs quantiques en ce moment est celle de plates-formes pour la physique quantique fondamentale », a déclaré Ippoliti. « Avec les capacités uniques de ces systèmes, il y a de l’espoir que vous découvrirez de nouveaux phénomènes auxquels vous ne vous attendiez pas. »

Le financement des travaux est venu de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), du Google Research Award, de la Sloan Foundation, de la Gordon and Betty Moore Foundation et de la Deutsche Forschungsgemeinschaft.

La source: Université de Stanford

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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