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Les physiciens du MIT utilisent la propriété atomique fondamentale pour transformer la matière en invisible
Une nouvelle étude confirme que lorsque les atomes sont refroidis et compressés à l’extrême, leur capacité à diffuser la lumière est supprimée. Crédit : Kristen Danilov, MIT
Comment les atomes ultra-denses et ultra-froids deviennent invisibles
Une nouvelle étude confirme que lorsque les atomes sont refroidis et compressés à l’extrême, leur capacité à diffuser la lumière est supprimée.
cette atomeLes électrons sont disposés dans des coquilles d’énergie. Comme les spectateurs dans une arène, chaque électron occupe une chaise et ne peut descendre à un niveau inférieur si toutes ses chaises sont occupées. Cette propriété fondamentale de la physique atomique est connue sous le nom de principe d’exclusion de Pauli, et elle explique la structure des enveloppes des atomes, la diversité du tableau périodique des éléments et la stabilité de l’univers physique.
actuellement, Avec Les physiciens ont observé le principe d’exclusion de Pauli, ou exclusion de Pauli, d’une manière entièrement nouvelle : ils découvrent que l’effet peut bloquer la façon dont un nuage d’atomes diffuse la lumière.
Normalement, lorsque des photons de lumière pénètrent dans un nuage d’atomes, les photons et les atomes peuvent se disperser comme des boules de billard, diffusant la lumière dans toutes les directions pour rayonner la lumière, rendant ainsi le nuage visible. Cependant, l’équipe du MIT a noté que lorsque les atomes sont surfondus et ultra-pressés, l’effet Pauli se déclenche et les particules ont moins de place pour diffuser la lumière. Au lieu de cela, les photons le traversent sans être dispersés.
Le principe d’interdiction de Pauli peut être illustré par une analogie avec les personnes qui occupent les sièges de la place. Chaque personne représente un atome, tandis que chaque siège représente un état quantique. À des températures plus élevées (a), les atomes sont placés de manière aléatoire, de sorte que chaque particule peut diffuser la lumière. À des températures plus basses (b), les atomes s’agglutinent. Seuls ceux qui ont plus d’espace près du bord peuvent diffuser la lumière. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
Les physiciens dans leurs expériences ont observé cet effet dans un nuage d’atomes de lithium. Au fur et à mesure qu’il devenait plus froid et plus dense, les atomes diffusaient moins de lumière et devenaient progressivement plus opaques. Les chercheurs pensent que s’ils peuvent pousser les conditions plus loin, à des températures allant jusqu’à zéro absolu, le nuage deviendra complètement invisible.
Les résultats de l’équipe ont été communiqués aujourd’hui à Science, représente la première observation de l’effet de blocage de Pauli sur la diffusion de la lumière par les atomes. Cet effet a été prédit il y a 30 ans mais n’a pas été observé jusqu’à présent.
Wolfgang Ketterle, professeur de physique à la John D. « Ce que nous avons observé est une forme très spéciale et simple de blocage de Pauli, c’est-à-dire qu’il bloque l’atome de ce que tous les atomes font naturellement : la diffusion de la lumière. C’est la première observation claire de l’existence de cet effet, et cela montre un nouveau phénomène en physique.
Les co-auteurs de Ketterle sont l’auteur principal et ancien chercheur postdoctoral du MIT Yair Margalit, l’étudiant diplômé Yu-kun Lu et Furkan Top PhD ’20. L’équipe appartient au département de physique du MIT, au Harvard Center for Ultracold Atoms du MIT et au Research Electronics Laboratory (RLE) du MIT.
coup de pied léger
Lorsque Ketterle est arrivé au MIT en tant que postdoctorant il y a 30 ans, son mentor David Pritchard, Cecil et Ida Green, professeur de physique à Ida Green, ont prédit que le blocage de Pauli atténuerait la façon dont certains atomes appelés fermions diffusent la lumière.
Son idée, en général, était que si les atomes étaient gelés jusqu’à un arrêt presque complet et compressés dans un espace suffisamment étroit, les atomes se comporteraient comme des électrons dans des coquilles d’énergie emballées, sans possibilité de changer leur vitesse ou leur position. Si des photons de lumière devaient circuler, ils ne pourraient pas se disperser.
Yu-Kun Lu, un étudiant diplômé, aligne l’optique pour observer la diffusion de la lumière à partir de nuages d’atomes ultra-froids. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
« Un atome ne peut diffuser un photon que s’il peut absorber la force de son coup de pied, en se déplaçant vers une autre chaise », explique Ketterle, citant l’analogie de s’asseoir dans un anneau. « Si toutes les autres chaises sont occupées, elles n’auront pas la capacité d’absorber le coup de pied et de disperser le photon. Par conséquent, les atomes deviennent transparents. »
« Ce phénomène n’a pas été observé auparavant, car les gens n’ont pas été capables de former des nuages suffisamment froids et denses », ajoute Ketterle.
« Domination du monde atomique »
Ces dernières années, des physiciens, dont ceux du groupe de Ketterle, ont développé des techniques magnétiques à base de laser pour abaisser les atomes à des températures extrêmement froides. Il dit que le facteur limitant était la densité.
« Si la densité n’est pas assez élevée, l’atome peut toujours disperser la lumière en sautant par-dessus quelques sièges jusqu’à ce qu’il trouve de l’espace », explique Ketterle. « C’était le goulot d’étranglement. »
Dans leur nouvelle étude, lui et ses collègues ont utilisé des techniques précédemment développées pour geler d’abord un nuage de fermions – dans ce cas, un isotope spécial de l’atome de lithium, qui possède trois électrons, trois protons et trois neutrons. Ils gèlent un nuage d’atomes de lithium jusqu’à 20 microkelvins, soit environ 1/10 000 de la température de l’espace interstellaire.
« Nous avons ensuite utilisé un laser hautement focalisé pour compresser les atomes ultra-froids afin d’enregistrer des densités d’environ un quadrillion d’atomes par centimètre cube », explique Lu.
Les chercheurs ont ensuite projeté un autre faisceau laser dans le nuage, le calibrant soigneusement afin que ses photons ne chauffent pas les atomes très froids ou ne modifient pas leur intensité lorsque la lumière les traverse. Enfin, ils ont utilisé un objectif et un appareil photo pour capturer et compter les photons qui ont réussi à se disperser.
« Nous comptons en fait quelques centaines de photons, ce qui est vraiment incroyable », déclare Margalit. « Un photon est une infime quantité de lumière, mais nos appareils sont si sensibles que nous pouvons le voir comme un petit point de lumière sur un appareil photo. »
À des températures de plus en plus basses et à des intensités plus élevées, les atomes diffusent de moins en moins de lumière, comme le prévoyait la théorie de Pritchard. À leur plus froid, à environ 20 microkelvins, les atomes étaient 38 % plus faibles, ce qui signifie qu’ils diffusent 38 % moins de lumière que les atomes plus froids et moins intenses.
« Ce système de nuages très froids et très denses a d’autres effets qui peuvent nous tromper », explique Margalit. « Nous avons donc passé quelques bons mois à passer au crible ces effets et à les mettre de côté, pour obtenir la mesure la plus claire. »
Maintenant que l’équipe a remarqué que le blocage de Pauli peut réellement affecter la capacité de l’atome à diffuser la lumière, Ketterle dit que ces connaissances de base peuvent être utilisées pour développer des matériaux avec une diffusion de la lumière supprimée, par exemple pour préserver les données dans les ordinateurs quantiques.
« Lorsque nous contrôlons le monde quantique, comme dans les ordinateurs quantiques, la diffusion de la lumière est un problème, et cela signifie que des informations s’échappent de votre ordinateur quantique », réfléchit-il. « C’est un moyen de supprimer la diffusion de la lumière, et nous contribuons à l’idée générale de contrôler le monde atomique. »
Référence : « Pauli bloquant la diffusion de la lumière dans les fermions dégénérés » par Yair Margalit, Yu-Kun Lo et Furkan Shagri-Top et Wolfgang Ketterle, 18 novembre 2021 Disponible ici. Science.
DOI : 10.1126 / science.abi6153
Cette recherche a été financée en partie par la National Science Foundation et le ministère de la Défense. Des travaux connexes menés par des équipes de l’Université du Colorado et de l’Université d’Otago figurent dans le même numéro de Science.
29 août 2024
Le chef du commandement spatial américain espère que la prochaine fois que la Chine lancera un missile laissant derrière elle des débris spatiaux de longue durée, Pékin avertira Washington à l’avance, plutôt que de laisser les États-Unis découvrir par eux-mêmes le chaos orbital.
Parlez dans L’efficacité du Mitchell Institute for Aerospace Studies Lors d’une réunion à la base spatiale Peterson, au Colorado, le 28 août, le général Stephen N. Whiting a souligné deux incidents récents impliquant des débris spatiaux chinois comme étant une source de préoccupation et la nécessité d’améliorer la communication à l’avenir.
« Nous venons de voir le lancement de leur version de Constellation du soleil « Cela a laissé plus de 300 débris en orbite – une fusée Longue Marche 6A », a déclaré Whiting. « Il y a moins de deux ans, ils avaient une autre fusée, qui a mis plus de 500 débris à longue durée de vie… J’espère que la prochaine fois. que « Dans un missile comme celui-ci, il laisse beaucoup de débris. Ce ne sont pas nos capteurs qui détectent cela en premier, mais nous obtenons des communications qui nous aident à comprendre cela, tout comme nous communiquons avec les autres. »
L’incident le plus récent impliquant une fusée Longue Marche 6A s’est produit au début du mois, lorsque le lanceur transportait les 18 premiers satellites d’une constellation de communications prévue pour rivaliser avec Starlink. La fusée s’est brisée en orbite terrestre basse (LEO) quelques jours plus tard, répandant des débris et suscitant des inquiétudes parmi les experts. La société privée de suivi spatial a rapporté que la désintégration pourrait produire plus de 10… 900 épaves shrapnel.
Whiting a noté que les débris provenaient de l’étage supérieur de la fusée après le lancement des satellites, indiquant que la mission était « généralement réussie ». Cependant, à des altitudes plus élevées, les débris resteront en orbite plus longtemps.
« Nous ne voulons certainement pas voir ce genre de débris », a ajouté Whiting.
Les débris se trouvent généralement sur des orbites inférieures à 600 km (373 miles). Il revient sur Terre après quelques annéesÀ une altitude de 800 km, sa décomposition peut prendre des siècles. Avec de plus en plus de satellites en orbite terrestre basse et des débris persistants provenant de lancements peu judicieux, La probabilité de collisions continue d’augmenter.
Selon le général à la retraite Kevin Shelton, directeur du Centre d’excellence sur l’énergie spatiale du Mitchell Institute, les États-Unis ont déjà eu des problèmes similaires avec des débris à haute altitude, mais ont commencé à évacuer le carburant et les gaz des étages de fusée avant d’entrer en orbite. Cette pratique réduisait les débris et le risque de désintégration, et la Russie l’adopta peu après. Whiting a déclaré qu’on ne savait pas actuellement si la Chine utilisait cette méthode.
« Depuis des décennies, les États-Unis s’intéressent tellement à l’espace que nous avons mis la grande majorité de nos données de suivi à la disposition du monde entier », a déclaré Whiting. « Chaque jour, nous analysons tous les satellites actifs à la recherche de tous ces débris, et nous en informons tout le monde, y compris les Chinois et les Russes… parce que nous ne voulons pas que les satellites heurtent des débris et laissent derrière eux d’autres débris. »
Le développement rapide des capacités spatiales et l’augmentation significative des déploiements de satellites par la Chine et la Russie restent une préoccupation majeure quant à la manière dont les États-Unis abordent le domaine spatial. Chef adjoint des opérations spatiales, le général Michael A. Gotlin a souligné que les récentes mesures prises par ces pays prouvent leur intention d’opérer de manière dangereuse dans ce domaine.
« Ils créent beaucoup de débris et d’orbites que nous devons contourner, ou ils mettent en danger des choses comme la Station spatiale internationale », a déclaré Gotlin lors du Sommet AFCEA/INSA sur le renseignement et la sécurité nationale à Rockville, Maryland, le 28 août. Il a ajouté : « Ils ne se soucient même pas de la sécurité des astronautes. Si ce n’est pas dangereux et non professionnel, je ne sais pas ce que c’est. »
En novembre 2021, la Russie a procédé à un test de missile antisatellite, aboutissant à la création d’un Grande quantité de débris En orbite terrestre basse, ce qui présente un danger pour la Station spatiale internationale et incite l’équipage à prendre des mesures de précaution. En outre, Moscou a également été témoin Une série de fuites de liquide de refroidissement Ces dernières années, la Chine a lancé son propre vaisseau spatial. Même s’il n’y a pas de négociations prévues avec la Russie sur le développement spatial, les espoirs sont grands d’une communication plus active avec Pékin sur les alertes spatiales.
« Nous donnons ces avis aux Chinois, et au cours de l’année dernière, nous avons vu à plusieurs reprises qu’ils nous ont donné quelques avis en retour, et je pense que c’est une chose positive. Nous n’avons aucune discussion. prévu avec la Russie », a déclaré Whiting.
science
À la recherche de pierres précieuses : caractérisation de six planètes géantes en orbite autour de naines froides
Données d’imagerie à contraste élevé pour toutes les cibles. Dans chaque panneau, nous montrons la limite de contraste de 5σ atteinte en fonction de la séparation angulaire de l’étoile hôte pour chaque ensemble de données à contraste élevé. Nous traçons également des cachets postaux de 1,4″ × 1,4″ d’images NESSI reconstruites en bande z (encadré à droite dans chaque panneau) pour toutes les cibles et des images AO (encarts à gauche) pour TOI-5414, TOI-5616, TOI-5634A et TOI-6034. — astro-ph.EP
Les exoplanètes géantes transitant autour d’étoiles naines de type M (GEMS) sont rares, en raison de la faible masse de leurs étoiles hôtes. Cependant, la couverture de l’ensemble du ciel par TESS a permis d’en détecter un nombre croissant pour permettre des enquêtes statistiques telles que le GEMS Search Survey.
Dans le cadre de cet effort, nous décrivons les observations de six planètes géantes en transit, qui incluent des mesures de masse précises pour deux GEMS (K2-419Ab, TOI-6034b) et une validation statistique de quatre systèmes, qui incluent une vérification et des limites de masse supérieures pour trois d’entre elles. (TOI-5218b, TOI-6034b). 5616b, TOI-5634Ab), tandis que le quatrième système – TOI-5414b – est classé comme « planète potentielle ».
Nos observations incluent les vitesses radiales du Habitable Zone Planet Finder sur le télescope Hobby-Eberly et de l’observatoire Maroon-X sur Gemini-North, ainsi que la photométrie et l’imagerie à contraste élevé provenant de plusieurs installations au sol. En plus de la photométrie TESS, K2-419Ab a également été observé et validé statistiquement dans le cadre de la mission K2 au cours des campagnes 5 et 18, qui fournit des contraintes orbitales et planétaires précises malgré la faible luminosité de l’étoile hôte et la longue période orbitale d’environ 20,4 jours.
Avec une température d’équilibre de seulement 380 K, K2-419Ab est l’une des planètes en transit les plus froides et les mieux caractérisées connues. TOI-6034 a un compagnon tardif de type F à environ 40 secondes d’arc, ce qui en fait la première étoile hôte GEMS à avoir un ancien compagnon binaire sur la séquence principale. Ces confirmations s’ajoutent au petit échantillon existant de planètes en transit GEMS confirmées.
Shubham Kanodia, Arvind F. Gupta, Caleb I. Canas, Lea Marta Bernabo, Varghese Reggie, T. Hahn, Madison Brady, Andreas Seyfart, William D. Cochrane, Nydia Morrell, Ritvik Basant, Jacob Bean et Chad F. Bender, Zoé L. De Bors, Alison Perella, Alexina Birkholz, Nina Brown, Franklin Chapman, David R. Ciardi, Catherine A. Clark, Ethan J. Cotter, Scott A. Diddams, Samuel Halverson, Susan Hawley, Leslie Hebb, Ray Holcomb, Steve B. Howell, Henry A. Kobolnicki, Adam F. Kowalski, Alexander Larsen, Jessica Libby Roberts, Andrea S. J. Lin, Michael B. Lund, Raphael Locke, Andrew Munson, Joe B. Ninan, Brooke A. Parker, Nishka Patel, Michael Rudrak, Gabrielle Ross, Arpita Roy, Christian Schwab, Jomundur Stefansson, Aubrey Thoms, Andrew Vanderberg
Commentaires : Accepté dans AJ
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP)
Citer ce qui suit : arXiv:2408.14694 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2408.14694v1 [astro-ph.EP] (pour cette version)
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.14694
Concentrez-vous pour en savoir plus
Date de publication
De : Shubham Kanodia
[v1] Lundi 26 août 2024, 23:47:24 UTC (5 169 Ko)
https://arxiv.org/abs/2408.14694
Astrobiologie
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La Federal Aviation Administration des États-Unis a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX dans l’attente d’une enquête sur un rare accident d’atterrissage au large des côtes.
La Federal Aviation Administration a immobilisé les fusées Falcon 9 de SpaceX en attendant une enquête visant à déterminer pourquoi le propulseur du premier étage s’est arrêté. Collision avec un bateau de débarquement tôt mercredi après avoir contribué au lancement d’un autre lot de satellites Internet Starlink.
après Se lever Après avoir reporté mardi soir le lancement du vaisseau spatial avec équipage Polaris Dawn en raison de prévisions météorologiques à long terme défavorables, SpaceX a continué à travailler sur le premier des lancements consécutifs de satellites Starlink, un depuis la Floride et un depuis la Californie.
Mais le deuxième vol a été annulé après que le premier étage utilisé lors du lancement en Floride s’est brisé et est tombé dans l’océan Atlantique alors qu’il tentait d’atterrir sur un drone SpaceX stationné à des centaines de kilomètres au nord-est de Cap Canaveral.
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La FAA a déclaré qu’elle ordonnerait une enquête, immobilisant efficacement les fusées Falcon 9 de SpaceX – y compris la fusée Polaris Dawn – jusqu’à ce que l’enquête soit terminée et que les mesures correctives soient approuvées.
« Le retour en vol de la fusée Falcon 9 dépend de la détermination par la FAA que tout système, processus ou procédure lié à l’anomalie n’a pas d’impact sur la sécurité publique », a déclaré la FAA dans un communiqué.
« En outre, SpaceX devra peut-être demander et obtenir l’approbation de la FAA pour modifier sa licence qui inclut des actions correctives et satisfaire à toutes les autres exigences de licence », a ajouté l’agence.
Mardi soir, SpaceX a reporté un lancement prévu mercredi Mission Aube PolarisLe lancement d’un vol commercial comprenant la première sortie dans l’espace par une organisation non gouvernementale a été reporté à vendredi au plus tôt en raison des conditions météorologiques attendues à la fin de la mission. Le lancement a été suspendu indéfiniment dans l’attente d’une enquête sur l’accident à l’atterrissage.
L’échec de l’atterrissage a mis fin à une séquence de 267 récupérations consécutives réussies de boosters remontant à février 2021. Cependant, le deuxième étage de la fusée Falcon 9 a réussi à transporter 21 satellites Starlink sur leur orbite prévue.
L’atterrissage du premier étage semblait normal jusqu’au moment de l’atterrissage, lorsque plus de flammes que d’habitude sont apparues autour de la base de la fusée à l’approche du pont de la fusée. L’une des jambes d’atterrissage s’est effondrée immédiatement après l’atterrissage et la fusée d’appoint, masquée par le feu et la fumée, s’est renversée par-dessus le côté de la péniche de débarquement dans l’océan Atlantique.
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« Après une ascension réussie, le premier étage d’une fusée Falcon 9 s’est retourné après son atterrissage sur le vaisseau spatial sans pilote ‘Zero Gravity' », SpaceX Il a dit sur les réseaux sociaux« Les équipes évaluent les données de vol et l’état du missile. »
Il s’agissait du 23e premier étage de la fusée B1062, qui s’est avéré être son dernier lancement et atterrissage, un nouveau record de réutilisabilité. SpaceX autorise les premiers étages de la fusée Falcon 9 pour un maximum de 40 vols par étage.
Peu de temps après le déploiement des satellites Starlink en Floride, la société a annulé le lancement en Californie, qui était prévu à 5 h 58 HAE, pour donner aux ingénieurs plus de temps pour examiner la télémétrie et les séquences vidéo, à la recherche de tout signe de problème. affecter d’autres missiles.
« Retrait de notre deuxième lancement @Starlink la nuit pour donner à l’équipe le temps d’examiner les données d’atterrissage du booster du lancement précédent », a déclaré SpaceX. Il a dit« Une nouvelle date de lancement cible sera partagée une fois disponible. »
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