Pour me distraire un moment de mes recherches bibliographiques sur le big bangje me penche ce jour sur le contenu de la 38 ème semaine de mon Physics worldet choisit de vous présenter ma traduction personnellede l’articlesur un cas de violation de la loi de Planck …..Mais je ne m’arrête pas là ! En effet comme j’ai remarqué que le physicien connu M.ASGHARle contestait dans la partie forum , je vous présente aussila traduction de sa critique . Quant au reste , vous pouvez essayer de vous intéresser a l’article n°2 qui vous décrit le futur observatoire géant des rayons cosmiques qui va être construit en SIBERIE !
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La loi de Planck violée à l'échelle nanométrique(14 septembre 2012 8 commentaires (comprendre mieux le texte par ma photo )
Dans une expérience nouvelle concernant une fibre de silice , il a été démontré qu’ ellen’obéissait pas à la loi de Planck du rayonnement à travers une épaisseur de 500 nm. Au lieu de cela, disent les physiciens autrichiens qui ont effectué le travail, la fibre se réchauffe et se refroidit selon une théorie plus générale qui prend en compte le rayonnement thermique comme un phénomène fondamentalement massique . Les travaux pourraient conduire à de plus efficaces lampes à incandescence et pourraient améliorer notre compréhension de l'évolution du climat de la Terre, font valoir les chercheurs.
Un élément essentiel de la thermodynamique, la loi de Planck,décrit comment la densité d'énergie à différentes longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique émis par un "corps noir" varie en fonction de la température du corps. Elle a été formulée par le physicien allemand Max Planck au début du 20ème siècle en utilisant le concept de quantification de l'énergie qui avait pour but d’avancer et de servir de base à la mécanique quantique. Alors qu'un corps noir est un objet parfaitement idéalisé d’ émission et d'absorption, la loi prévoit des prédictions très précises pour les spectres de rayonnement des objets réels une fois que les propriétés de surface de ces objets , tels que la couleur et de la rugosité, ont été prisen compte.
Cependant, les physiciens savent depuis des décennies que la loi ne s'applique pas aux objets dont les dimensions sont plus petites que la longueur d'onde du rayonnement thermique. Planck suppose que toutes les radiations frappant un corps noir seront absorbées à la surface de ce corps, ce qui implique que la surface est également un émetteur parfait. Mais si l'objet n'est pas assez épais, le rayonnement incident peut s'échapper de l'autre côté de l'objet au lieu d'être absorbé, ce qui abaisse son émission.
Ces anomalies spectrales avaient été repérées avant
D’autres groupes de recherche avaient déjà montré que des objets miniatures ne se comportaient pas comme prévu selon Planck. Par exemple, en 2009, Chris Regan et ses collègues de l'Université de Californie, Los Angeles ont indiqué qu'ils avaient trouvé des anomalies dans le spectre du rayonnement émis par un nanotube de carbone à 100 atomes de large.
Dans ce dernier travail , Christian Wuttke et Arno Rauschenbeutel de l'Université de Technologie de Vienne ont fait encore mieux en montrant expérimentalement que l'émission d'un objet minuscule correspond aux prédictions d'une théorie alternative.
Pour produire la fibre de 500 nm d'épaisseur Wuttke et Rauschenbeutel ont utilisé pour leur expérience, une fibre optique standard chauffée et étirée. Ils ont ensuite chauffé la section ultra-mince, qui présentait quelques millimètres de long, en braquant un faisceau laser à travers elle et utilisé un autre laser pour mesurer la vitesse de chauffage puis de refroidissement ultérieur. Rebondissant entre deux miroirs intégrés dans la fibre à une distance fixée , le second faisceau laserse trouve dans et hors de la résonance lorsque la température varie changeantl'indice de réfraction de la fibre et donc la longueur d'onde du rayonnement qui le traverse.
Electrodynamique de fluctuations
En mesurant le temps entre les résonances, les chercheurs ont constaté que la fibre se mettait à chauffer et refroidir beaucoup plus lentement que prévu par la loi de Stefan-Boltzmann. Cette loi est une conséquence de la loi de Planck et définit la façon dont la puissance totale rayonnée par un objet est liée à sa température. Au lieu de cela, ils ont constaté que le taux observés accordaitde façon très proche à celui prédit par une théorie connue sous le nom d’électrodynamique « fluctuationelle », et qui prend en compte non seulement les propriétés de surface d'un corps, mais aussi d sa taille et sa forme , en plus de sa longueur d'absorption caractéristique. «Nous sommes les premiers à mesurer la puissance totale rayonnée et à montrer quantitativement que cela est en accord avec les prédictions du modèle», explique Wuttke.
Selon Wuttke, le dernier travail pourrait avoir des applications pratiques. Par exemple, il dit que cela pourrait conduire à une augmentation de l'efficacité des ampoules incandescentes traditionnelles. Ces dispositifs produisent de la lumière parce qu'ils sont chauffés au point où la crête de leur spectre d'émission se trouve à proximité des longueurs d'onde visibles, mais ils gaspillent beaucoup d'énergie, car une grande partie de leur pouvoir reste encore émise dans l'infrarouge. La comparaison d'une lumière d’ ampoule à filamentd’épaisseur de 500 nm- avec une antenne très courte, Wuttke explique que ce ne serait pas assez épais pour générer efficacement ce rayonnement infrarouge, qui présente des longueurs d’émission d'ondes supérieures à environ 700 nm ; par conséquent il y auraitsuppression de ces longueurs d'onde d'émission et unrenforcement des longueurs d'onde visibles plus cortes. Il souligne, toutefois, que la fibre de verre,quoique idéale pour le laboratoire, serait un bon candidat pour une utilisation quotidienne, car elle est un isolant ( électrique)et transparente à la lumière visible. "Beaucoup de recherches seraient nécessaires pour trouver un matériau qui conduirait l'électricité et serait facilement chauffée, tout en étant capable d'être suffisamment petit et produit en grand nombre,» dit-il.
Applications atmosphériques
La recherche pourrait également améliorer la compréhension de la façon dont les petites particules présentes dans l'atmosphère, tels que celles produites par l'érosion des sols, la combustion ou les éruptions volcaniques, contribuent au changement climatique. Ces particules pourraient soit refroidir la Terre, en réfléchissant le rayonnement solaire, soit réchauffer la Terre, en absorbant le rayonnement thermique de notre planète, comme le font les gaz à effet de serre. «La beauté de l'électrodynamique fluctuationelle", dit Wuttke, "est que, tout en connaissant la forme et les caractéristiques d'absorption des matières, vous pourriez travailler à partir des principes de basede façon efficace et voir à quelles longueurs d'onde, c’ est absorbant et émettant un rayonnement thermique." Mais, ajoute-t-il, ici, trop de travail enplus serait nécessaires pour appliquer la recherche à des conditions atmosphériques réelles.
Une chose pour laquelle Wuttke et Rauschenbeutel sont sûrs cependant, est que leur recherche ne porte pas atteinte à la mécanique quantique. La théorie de Planck, explique Rauschenbeutel, est limitée par l'hypothèse que l'absorption et d'émission sont purement des phénomènes de surface et par omettent les phénomènes ondulatoires. Son principe de la quantification de l'énergie, d'autre part, reste toujours valable. "La théorie que nous avons testée utilise les statistiques quantiques», dit-il, "elle n'est donc pas en contradiction avec la mécanique quantique. Bien au contraire, en fait."
Regan décrit les derniers travaux comme "très élégants", prédisant qu'ils vont "éclairer mieux les dispositifs de transport thermiques radiatif et la loi de Planck à l'échelle nanométrique". Il indique, cependant, que l'utilisation d'un modèle d'émissivité qui intègrerait la transparence des fibres optiques minces permettrait àla loi de Planck de décrire plus précisément le rayonnement de ces émetteurs minuscules.
La recherche est décrite dans une prépublication sur le serveur preprint arXiv.À propos de l'auteur Edwin Cartlidge est un écrivain de science basée à Rome
ASGHAR réplique par son commentaire ironique « qu il n y a rien de nouveau sous le soleil » !
« La loi de Planck d'absorption du rayonnement et de l'émission s'applique à une surface totalement opaque et totale de l’absorption et de l’émission ( c’est la cavité « corps noir ») et à l'équilibre thermodynamique. L'utilisation de ces nanofibres avec des dimensions plus petites que la longueur d'onde du rayonnement thermique se ramène à une violation de toutes ces exigences de base menant à la non-applicabilité de cette loi et pas du tout à sa violation en tant que telle comme l'affirment les auteurs de cet article. D ailleurs , le modèle de «l'électrodynamique fluctuationelle" appliquée au comportement radiatif de ces nanofibres, lorsqu'il est étendu à des conditions complètes de corps noir, doit se terminer par la loi de Planck, qui reste la manifestation de la quantification du champ électromagnétique »
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