Connect with us

science

Les physiciens du MIT utilisent la propriété atomique fondamentale pour transformer la matière en invisible

Published

on

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.

Principe de blocage de Pauli

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.

READ  Les opérations de la station spatiale se poursuivent alors que la fuite de liquide de refroidissement diminue

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 Lo

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. »

READ  Les scientifiques découvrent un être connu sous le nom de Green Ghost

« 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. »

READ  La lecture de l'ADN est un travail d'équipe

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.

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

science

Rapport : Stratégies, priorités de recherche et défis auxquels est confrontée l'exploration spatiale au-delà de l'orbite terrestre basse

Published

on

Rapport : Stratégies, priorités de recherche et défis auxquels est confrontée l'exploration spatiale au-delà de l'orbite terrestre basse

Stratégies, priorités de recherche et défis liés à l'exploration spatiale au-delà de l'orbite terrestre basse – NASA

Le groupe de travail sur l'instrumentation et la science au-delà de l'orbite terrestre basse (LEO) (BLISS-SWG) a été créé en décembre 2020 pour fournir au programme de biologie spatiale de la NASA la contribution soutenue d'un groupe d'experts en la matière de la communauté des biosciences spatiales.

Le groupe de travail scientifique fournit son expertise à la NASA pour développer des priorités de recherche et des outils d'exploration au-delà de l'orbite terrestre basse.

Un bref résumé du rapport annuel du groupe de travail scientifique BLISS a été récemment publié et est maintenant disponible Disponible au public en ligne Dans le Journal de la gravité et de la recherche spatiale.

Ce rapport couvre l'accent récemment mis par la NASA sur l'exploration humaine de la Lune et, éventuellement, de Mars. Cela nécessitera de déplacer l’orientation de la recherche en biosciences du LEO vers des plateformes au-delà du LEO. Des questions fondamentales de recherche demeurent sur la manière dont les humains peuvent vivre dans l’espace lointain.

Opérer au-delà de l’orbite terrestre basse nécessitera un changement dans le développement technologique et la nécessité de développer des expériences indépendantes, en particulier à court terme. Sept domaines prioritaires et questions de recherche pertinentes ont été identifiés pour la recherche au-delà de l'orbite terrestre au cours des deux à cinq prochaines années.

Ce premier rapport annuel résume les organismes expérimentaux appropriés et les besoins en matière de développement technologique pour la recherche visant à répondre à ces questions.

READ  Les opérations de la station spatiale se poursuivent alors que la fuite de liquide de refroidissement diminue

Astrobiologie et biologie spatiale

Membre de l'Explorers Club, ancien directeur de charge utile/astrobiologiste de la Station spatiale américaine, ExoTeams, journaliste, Violator Climber, Synesthète, Na'Vi-Jedi-Freman-Buddhist-mix, ASL, vétéran de l'île Devon et du camp de base de l'Everest, (il/Il) 🖖 🏻

Continue Reading

science

BepiColombo détecte la fuite d'oxygène et de carbone dans la magnétosphère de Vénus

Published

on

BepiColombo détecte la fuite d'oxygène et de carbone dans la magnétosphère de Vénus

Une visite éphémère de l'Agence spatiale européenne et de la mission BepiColombo de la JAXA sur Vénus a révélé des informations surprenantes sur la manière dont les gaz sont extraits des couches supérieures de l'atmosphère de la planète.

Des découvertes dans une région jusqu'alors inexplorée de l'environnement magnétique de Vénus montrent que le carbone et l'oxygène accélèrent à des vitesses qui leur permettent d'échapper à la gravité de la planète. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Nature Astronomy.

« C'est la première fois que des ions carbone chargés positivement sont observés s'échappant de l'atmosphère de Vénus », a déclaré Lina Hadid, chercheuse au Centre national de recherche scientifique du Laboratoire de physique des plasmas (LPP) et auteur principal de l'étude. « Ce sont des ions lourds et ils se déplacent généralement lentement. » « Nous essayons donc toujours de comprendre les mécanismes qui jouent un rôle dans ce phénomène. Il peut s'agir de « vents » électrostatiques qui l'éloignent de la planète, ou il pourrait être accéléré par des processus centrifuges. »

Contrairement à la Terre, Vénus ne génère pas de champ magnétique intrinsèque en son noyau. Cependant, une faible « magnétosphère induite » en forme de comète est créée autour de la planète par l’interaction de particules chargées émises par le Soleil (le vent solaire) avec des particules chargées électriquement dans la haute atmosphère de Vénus. Autour de la zone magnétique se trouve une zone appelée « magnétosphère » où le vent solaire est ralenti et réchauffé.

Le 10 août 2021, BepiColombo est passé près de Vénus pour ralentir et ajuster sa trajectoire vers sa destination finale, Mercure. Le vaisseau spatial a plongé sur la longue queue de la magnétosphère de Vénus et a émergé à travers l'avant des régions magnétiques les plus proches du Soleil. Pendant 90 minutes d'observations, les instruments de BepiColombo ont mesuré le nombre et la masse des particules chargées rencontrées, capturant des informations sur les processus chimiques et physiques qui conduisent à la fuite atmosphérique du côté de la magnétosphère.

READ  Un système d’élimination de l’ADN défectueux provoque une inflammation

Au début de son histoire, Vénus présentait de nombreuses similitudes avec la Terre, notamment de grandes quantités d’eau liquide. Les interactions avec le vent solaire ont éliminé l’eau, laissant une atmosphère composée principalement de dioxyde de carbone et de plus petites quantités d’azote et d’autres espèces traces. Des missions précédentes, notamment l'orbiteur Pioneer Venus de la NASA et Venus Express de l'Agence spatiale européenne, ont réalisé des études détaillées sur le type et la quantité de particules chargées et de particules perdues dans l'espace. Cependant, les trajectoires orbitales des missions ont laissé certaines régions autour de Vénus inexplorées et de nombreuses questions restent sans réponse.

Les données de l'étude ont été acquises par un analyseur de spectromètre de masse (MSA) et un analyseur d'ions mercure (MIA) de BepiColombo lors du deuxième survol de Vénus par le vaisseau spatial. Les deux capteurs font partie de l’ensemble d’instruments Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE), transporté par Mio, l’orbiteur magnétosphérique à mercure dirigé par l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale.

« Décrire la perte d'ions lourds et comprendre les mécanismes de fuite sur Vénus est crucial pour comprendre comment l'atmosphère de la planète a évolué et comment elle a perdu toute son eau », a déclaré Dominique Delcourt, chercheur au LPP et chercheur principal de l'instrument MSA.

Les outils de modélisation de la météo spatiale SPIDER d'Europlanet ont permis aux chercheurs de suivre la façon dont les particules se propagent dans la magnétosphère de Vénus.

Nicolas André, de l'Institut de recherche en astrophysique et physique planétaire (IRAP) et chef de l'équipe de recherche, a déclaré : « Ce résultat montre les résultats uniques qui peuvent résulter de mesures effectuées lors d'un survol planétaire, où le vaisseau spatial peut se déplacer à travers des régions. qui ne sont généralement pas accessibles. » Par des vaisseaux spatiaux en orbite autour de lui. Du service Spider.

READ  La lecture de l'ADN est un travail d'équipe

Une flotte de vaisseaux spatiaux explorera Vénus au cours de la prochaine décennie, notamment la mission Envision de l'Agence spatiale européenne, l'orbiteur VERITAS et la sonde DAVINCI de la NASA, ainsi que la sonde indienne Shukrayaan. Ensemble, ces vaisseaux spatiaux fourniront une image complète de l'environnement de Vénus, de la magnétosphère à la surface et à l'intérieur en passant par l'atmosphère.

« Les derniers résultats indiquent que l'échappement atmosphérique de Vénus ne peut pas expliquer entièrement la perte de sa teneur historique en eau. Cette étude est une étape importante dans la découverte de la vérité sur l'évolution historique de l'atmosphère de Vénus, et les missions à venir contribueront à combler de nombreuses lacunes,  » a ajouté le co-auteur Moa. Persson de l'Institut suédois de physique spatiale.

/Publication générale. Ce matériel provenant de l'organisation/des auteurs d'origine peut être de nature chronologique et est édité pour des raisons de clarté, de style et de longueur. Mirage.News ne prend pas de position ni de parti d'entreprise, et toutes les opinions, positions et conclusions exprimées ici sont uniquement celles du ou des auteurs. Voir en intégralité ici.

Continue Reading

science

L’étude a révélé que les Néandertaliens organisaient leur espace de vie de manière ordonnée, tout comme les humains.

Published

on

L’étude a révélé que les Néandertaliens organisaient leur espace de vie de manière ordonnée, tout comme les humains.

NéandertalLoin d'être primitifs, ils organisaient leurs espaces de vie à la manière des espaces modernes. Humains Faites-le, révèle une nouvelle étude.

Les chercheurs analysent les artefacts et les caractéristiques trouvés sur le site Reparo Bomberini, dans le nord-ouest Italie Des modèles communs d’établissement ont été trouvés parmi les populations.

Ils ont dessiné une carte de répartition Outils de pierreDes os d'animaux, de l'ocre et des coquillages se trouvent à la surface de deux couches du site lorsque les deux groupes y vivaient.

Les scientifiques peuvent modéliser les caractéristiques spatiales du site et identifier les modèles d’utilisation de l’espace par ces anciens humains et les activités qu’ils y menaient.

L’analyse a permis de dresser un tableau complet des similitudes et des différences de comportement entre ces populations anciennes.

Les chercheurs ont découvert que les Néandertaliens et les Homo sapiens faisaient preuve d’une utilisation structurée de l’espace, organisant leurs espaces de vie en zones d’activité distinctes de haute et de faible intensité.

Cela suggère que ces populations anciennes possédaient une capacité cognitive similaire en matière d’organisation spatiale.

Les deux groupes ont également montré des tendances similaires en matière d'occupation de l'espace, telles que l'installation fréquente de foyers internes au site ainsi qu'une fosse à déchets continue sur les deux niveaux.

À l’instar des humains modernes, les Néandertaliens semblent également avoir planifié leur occupation des espaces en fonction de la durée pendant laquelle ils prévoyaient d’y rester, des types d’activités qu’ils espéraient y mener et du nombre de personnes avec lesquelles ils partageaient l’espace.

READ  Un système d’élimination de l’ADN défectueux provoque une inflammation

Les scientifiques ont également constaté des différences dans la manière dont les deux groupes utilisaient le site.

Par exemple, il y avait moins de collections d’objets dans les strates néandertaliennes.

Alors que les humains alternaient entre une utilisation du site à court et à long terme, les Néandertaliens semblent l’avoir utilisé par intermittence.

Dans l’ensemble, les résultats révèlent que les deux groupes avaient une « logique de base » quant à la façon dont ils utilisaient leur espace, suggérant des « capacités cognitives similaires » à celles des humains modernes et des Néandertaliens.

« Comme Homo sapiens, les Néandertaliens organisaient leur espace de vie de manière ordonnée, en fonction des différentes tâches qui s'y déroulaient et en fonction de leurs besoins. C'est une autre étude qui suggère que les Néandertaliens étaient plus 'humains' », a déclaré Amélie Valerand, co- auteur de l’étude de l’Université de Montréal au Canada. qu’on ne le pense généralement.

Continue Reading

Trending

Copyright © 2023