Le Monde , selon la Physique ( physics world week 8) /Une nouvelle forme d interaction?

J’ai plusieurs choix à vous proposer sur le contenu de mon  PHYSICS WORLD   cette semaine .Un de mes lecteurs  DOMINIQUE MAREAU  me suggère de m’intéresser à un article sur un développement nouveau possible  du solaire photovoltaïque  …Mais j’en parlerai précisément dans ma rubrique : »LE NUCLEAIRE CONTRE TOUS ????? » .Et je vais plutôt choisir de vous proposer cette fois ci de vous présenter ma traduction de « Search for 'unparticles' focuses on Earth's crust » qui va surement vous intriguer par les développements  qu’ elle soulève et dont je vous parlerai  ensuite ( positronium  etc…..)

LA  RECHERCHE DE NOYAUX DE « NON PARTICULES »   DANS LA CROUTE TERRESTRE

La photo est celle présentée par les auteurs

Une preuve de l’existence  d'une force minuscule  qui   s’exercerait entre deux spins de particules sur de longues distances pourrait se cacher  dans le  fer magnétisé  présent  sous la surface de la Terre. C'est la conclusion d'une nouvelle étude menée par les physiciens aux Etats-Unis, qui ont utilisé les vastes réserves de notre planète en spins polarisés  pour définir  les limites exactes de l'existence d'interactions  exigées par des entités inhabituelles  dénommées comme  non particules («unparticles" en anglais)

C’est le moment angulaire cinétique intrinsèque, ou «spin» d'une particule  qui donne a une particule son   moment magnétique et  cette interaction entre spins génère le magnétisme. Un matériau ferromagnétique, tel que le fer, devient magnétisé quand les spins de certains des électrons dans les atomes constituant sa gamme  s’alignent  ( parallèlement ), et  la mécanique quantique nous dit alors que la force magnétique s’exerçant entre les spins des électrons résulte d’ échange de photons "virtuels".

Certains physiciens théoriciens  ont suggéré que d'autres types de forces  non encore connues entre les  particules pouvaient être échangées et ainsi donner lieu pratiquement à de nouveaux types d'interaction spin-spin. En 2007, par exemple, Howard Georgi de l'Université de Harvard a proposé l'existence d’une «  non-particule », qui présenterait la propriété inhabituelle que sa masse serait de l’ordre  de l'échelle d'énergie du moment angulaire

Recherche au laboratoire

Jusqu’à ce jour, les physiciens ont cherché de telles interactions en laboratoire avec l’aide de sources de particules à spin polarisé – l’idée est de surveiller tout changement survenu dans l'énergie associée avec les spins lorsque leur polarisation est décalée par rapport à celle d'un ensemble de spins des particules observées dans un détecteur. Jusqu'à présent, de ces tests on est revenu les mains vides, mais les chercheurs continuent de rendre leurs dispositifs de plus en plus sensibles afin de réduire progressivement la puissance maximale  qu’ une telle  force pourrait avoir.

Dans leur  dernier travail , Larry Hunter et ses collègues de l'Amherst College dans le Massachusetts, avec Jung-Fu Lin de l'Université du Texas, Austin, utilisent  la Terre, plutôt qu’un appareil de laboratoire, comme source de spins polarisés. L’idée est d'utiliser les électrons de spins non appariés à partir du fer présent dans la croûte terrestre et dans  le manteau et quand ils sont alignés par le champ magnétique de la planète. L’inconvénient de cette approche est que ces spins se trouvent , en moyenne, éloignés à des milliers de kilomètres de tout détecteur, ce qui rend la détection de l'interaction beaucoup plus faible que ce serait le cas avec une source de laboratoire . Mais Hunter et ses collègues ont travaillé sur cet inconvénient, lequel  devrait être plus que compensé par la quantité de spins alignés dans la Terre (ils calculent qu'il devrait y avoir 10 puissance 42 spins ) et le fait que certaines de ces interactions hypothétiques proposées par les théoriciens décroitraient  relativement lentement - en proportion inverse de la distance au carré, plutôt que la distance au  cube comme c'est le cas avec les champs magnétiques dipolairesclassiques.

Expériences avec un spin

Pour mettre en pratique leur approche , les chercheurs ont pu utiliser les résultats de trois expériences existantes. Deux d'entre elles - l'une à l'Université de Washington, Seattle, et une autre, exploitée par le groupe de Hunter, à Amherst - ont été conçues pour mesurer la dépendance d'un hypothétique petit moment angulaire vis-à-vis des lois de la physique connues comme «  violation de la symétrie de Lorentz ». Le fait que les détecteurs utilisés dans ces expériences aient été placés sur une table tournante rend la mesure bien adaptée à   ce type d interaction à longue portée par des spins situés à l'intérieur de la Terre ( en rotation ). La polarisation de la source - la Terre - n'est pas réversible, mais la polarisation du détecteur l’est.

Les chercheurs ont également fait une carte des spins  d'électrons polarisés de la Terre et en s'appuyant sur les données   ont déterminé la variation de la température’ ,l' orientation du champ magnétique et l'ampleur et la densité des électrons non appariés, sur toute la Terre. Ils ont ensuite calculé les potentiels associés à chacune des interactions anormales de spin, conduit l’ intégration pour  l'ensemble de la Terre et travaillé sur l'effet de ces potentiels sur les détecteurs  situés à Seattle et Amherst. De cette façon, ils ont réussi à réduire  par un facteur d'un million la limite supérieure des forces supposées associées à  cet échange de « non-particules », ainsi que celui des particules  reconnues comme  bosons axiaux . «Dans notre métier obscur de mesures de précision cela pourrait prendre une décennie pour améliorer la sensibilité d'une expérience d'un ordre de grandeur», dit Hunter, « alors si on a utilisé  autre chose que des sources de laboratoire on a  peut-être gagné 60 ans pour arriver aux limites que nous avons atteintes . »

Bien mieux en Thaïlande

Hunter dit que son groupe pourrait encore augmenter la sensibilité de son expérience par deux ordres de grandeur  dès qu'il aurait corrigé un certain nombre d '«effets systématiques", et il croit que des groupes rivaux pourraient arriver aux mêmes sensibilités. Il souligne qui pourrait également resulter des améliorations supplémentaires apportées en plaçant  les expériences dans un endroit plus approprié-, estimant qu’un champ magnétique plus fort et mieux aligné existe dans le sud de la Thaïlande ….Cela conduirait à un doublement de la sensibilité par rapport à celle atteignable à Amherst.

Hunter ajoute que la découverte d'une nouvelle force spin-spin long terme pourrait également conduire à la cartographie améliorée du fer dans les concentrations dans le manteau inférieur,étant donné les données limitées disponibles  dans les observations géophysiques et géochimiques plus conventionnelles.

«Intelligent et créatif"

Derek Jackson Kimball de la California State University, East Bay, décrit le dernier travail comme «une approche remarquablement astucieuse , créative et   nouvelle de  la recherche de nouvelles forces fondamentales de la nature en cours", ajoutant qu'il "sera sûrement utile pour guider les nouveaux développements des théories et des expériences qui cherchent à explorer la physique au-delà du Modèle Standard ".

Pendant ce temps, Eric Adelberger de l'Université de Washington, dit que «  Lorsque j'ai entendu parler du travail de  Amherst, j'ai été surpris par la grande taille de la source  spins due à la rotation de la Terre et j'étais sceptique sur les revendications des chercheurs ». Mais j'ai changé d'avis, dit il une fois que j'ai lu l'étude en détail. «Leur travail est une contribution réelle», ajoute-t-je. «La morale est de ne pas  faire confiance à« une réaction instinctive » - dans mon cas c’était que l'effet n'était pas assez grand pour être intéressant -. Mais de mener un calcul réel"

La recherche est publiée dans Science.À propos de l'auteurEdwin Cartlidge est un écrivain de science basée à Rome6 commentaires

Mon commentaire

Les manips du  LHC  laissent préjuger au fond une remise en cause « implicite prochaine » du  MODELE STANDARD  DES PARTICULES …..Cette expérience utilisant la Terre elle-même comme source d'électrons a réduit la portée de cette recherche  sur une nouvelle interaction possible entre  particules, et l’a placé dans des limites plus strictes

L’auteur de l'étude ,Larry Hunter ,effectue ce qui pourrait être appelé l’approche d’une interaction longue distance  spin-spin. Les interactions courte portée spin-spin se produisent tout le temps: par exemple lorsque  vous collez sur votre frigo des petits aimants  ….Ceci   se produit parce que les électrons dans l'aimant et ceux  dans l’acier  de votre fridge  sont tous alignés dans le même sens. Mais à plus longue portée des interactions de type  spin-spin paraissaient a priori  plus mystérieuses …..

Actuellement   on pourrait évoquer trois possibilités pour cette interaction . La première  serait  cette  curieuse  particule appelée non particule ( unparticle,) qui se comporterait à ​​certains égards comme des bosons et à d’autres comme des fermions . La seconde est appelée  le Z  ‘, un cousin plus léger  du boson Z  qui explique la force nucléaire faible. Et la troisième possibilité serait  qu'il n’existe aucune nouvelle particule du tout, mais  que c’est la théorie de la relativité  qui présente  une composante affectant le spin.

  Cette fameuse «  unparticle «  a d'abord été proposée en 2007 par le physicien de Harvard Howard Georgi. Tous les fermions  ont une masse déterminée, et ce sont certains bosons qui sont de masse nulle. Un électron ou un proton ne peut pas changer de masse  a vitesse nulle , vous ne pouvez  lui communiquer de la masse énergie que sous forme  d’énergie cinétique en tant que particule relativiste ….  Ou alors vous changez le type de particules, et alors un électron devient un muon ou un tau  Ces Unparticles aurait une masse-énergie. variable

Bien que les scientifiques n’aient pas encore trouvé cette un -particule , ils ont démontré  que l’ interaction spin-spin longue portée devait être inférieure d'un facteur 1 million de fois à ce que des  expériences labo avaient laissé entrevoir plus tôt. Si cette force existait , elle serait si petite que la force gravitationnelle entre deux particules telles qu’un électron et un neutron serait un million de fois plus forte .L’interactions spin- spin classique , ne fonctionne que sur des distances courtes. , comme l'inverse du cube de la distance … la force longue portée spin-spin ne semble pas  diminuer  autant. L'expérience d’ Amherst pose des limites plus strictes sur les caracteristiques de cette force  et de cette un-particle…Mais les théoriciens avaient besoin de trouver  quelque part un endroit où des tonnes d'électrons étaient entassés tous ensemble pour produire un signal plus fort qu’ en labo ….Puisque les électrons ont un fort moment magnétique», s’est  dit Hunter. alignons les mieux avec le champ magnétique de la Terre » . Tout ce qui  contraindra  les électrons à s'aligner avec le champ magnétique de la Terre va changer l'énergie de ces spins  d’ une petite quantité. Bien sur , on pouvait présenter en labo les micro-manips réalisées sur des particules polarisées  mais avec une source aussi énorme que celle des 10  puissance 49 de la Terre on pouvait espérer une bien meilleure sensibilité

Les scientifiques ont donc d'abord tracé les orientations de spin et la densité des électrons à l'intérieur de la Terre .Cette carte des électrons terrestres est basée sur les travaux de Jung-Fu Lin, professeur agrégé de sciences de la Terre à l'Université du Texas et co-auteur du nouveau papier.

Pour ce faire Ils ont utilisé la force et la direction connues du champ magnétique de la Terre partout dans le manteau de la planète et la croûte puis  calculé quelle influence ces électrons dans la Terre aurait eu sur les expériences spin-sensibles qui ont été faites  en labo à Seattle et Amherst. Après avoir conduit des expériences menées en labo sur tables tournantes  on sait quel » changement classique » intervient dans la fréquence des particules et on sait alors en discriminer l’influence  de l’interaction spin- spin longue portée 

  CETTE MANIERE DE PRESENTER UNE NON PARTICULE   qui se présente à la fois sous forme de fermion et de boson  m’ a , alors fait revenir à une question que m’ avait posée D.MAREAU : » que pensez vous du positronium ? »  . C’est elle aussi une espèce de non particule, une énergie en sursis entre deux états ! Le positronium est un système quasi-stable constitué d'un positron et d'un électron formant ensemble un « quasi atome ultra léger ». Sa demi-vie est tout au plus d'environ 100 nanosecondes, son existence se terminant  par l’annihilation électron-positron bien connue . Sa seule évidence expérimentale  résulte d une manip réalisée en 2007, par des physiciens de l'Université de Californie ont annoncé avoir créé une molécule de dipositronium

A suivre

 ps   mon dernier commentaire s ajoute a celui de Jarek DudaCracow, Poland

Understanding fermion pairing ...

Understanding the interaction between spins is indeed crucial - for example to understand fermion pairing, like Cooper pairs, or nucleons in nuclei ...
However, I would rather search clues in microscopic physics, like very surprising and thought provoking results of electron-positron pairing ( Neutral positronium scatters like a charged particle, Physicworld) - it turned out that positronium scatters like electron alone, so this spin pairing can maintain relatively large distance such that positron practically doesn't screen electron's charge.

 est ce ce que D.MAREAU  attend pour ses paires electron -positons d OSCAR A DOUBLE STATUT ????