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Le monde selon la physique/physics world com/nov 2016 /1 ere partie -1

Publié le 19 novembre 2016 par 000111aaa

Grosse activité et  publications nombreuses sur  PHYSICS WORLD  …Les physiciens ne chôment pas !

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New microwave detector approaches the quantum limit

Photograph of the micron-sized drum

Quantum drum: amplifier approaches the quantum limit

Une nouvelle manière extrêmement précise d'amplifier et de mesurer de minuscules signaux micro-ondes a été dévoilée par des physiciens de l'Université Aalto et de l'Université de Jyväskylä en Finlande. Mika Sillanpää, Tero Heikkilä et ses collègues ont créé leur détecteur en combinant un résonateur mécanique de taille micrométrique ressemblant à un tambour avec deux cavités micro-ondes supraconductrices. Le dispositif est capable d'amplifier un très faible signal hyperfréquence avec un gain de 41 dB - un facteur d'environ 12.500 - tout en ajoutant environ quatre quanta de bruit au signal. Ceci est proche du minimum de bruit possible (la limite quantique standard), qui est la moitié d'un quanta de bruit.

 MON COMMENTAIRE : En physique, le bruit quantique fait référence à l'incertitude d'une grandeur physique qui est due à son origine quantique. Dans certaines situations, le bruit quantique apparaît comme   un bruit de grenaille :  mais «  ajouter quatre quanta de bruit »  l’expression m’a paru curieuse …Bof :  On apprend à tout âge !

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Computer simulations shed light on planetary rings

rie de simulations informatiques réalisées par des scientifiques au Japon et en France fournissent des informations importantes sur la façon dont les anneaux autour de Saturne et d'autres planètes se sont formés - et pourquoi la composition des anneaux de Saturne est différente de celle des anneaux de Neptune et d'Uranus. Ryuki Hyodo et ses collègues de l'Université de Kobe, de l'Université de Paris Diderot et de l'Institut de Technologie de Tokyo se sont concentrés sur l'ère du "bombardement tardif" du système solaire. Ce phénomène s'est produit il y a environ quatre milliards d'années et on pense qu'il a impliqué la migration vers l'intérieur de milliers d'objets de la   taille de  Pluton du système solaire extérieur.

MON COMMENTAIRE : Outre les scénarii proposés  , les simulations expliqueraient les variations de compositions chimiques   des divers anneaux ;je crois que BRAHIC  aurait été intéressé

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Transition-metal monolayer emits photon pairs

Artist's impression of the two-photon source

Red light, green light: a monolayer of tungsten diselenide

Une monocouche 2D de dichalcogénures de métal de transition (TMDC) peut être utilisée pour générer des paires de photons, disent des chercheurs de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg en Allemagne. Les TMDC se comportent comme des semi-conducteurs et sont souvent utilisés pour fabriquer des puces ultra-petites et économes en énergie. Christian Schneider, Sven Höfling et ses collègues ont produit des monocouches de diseléniure de tungstène en utilisant un morceau de ruban adhésif pour enlever des couches minces d'un film multicouche du TMDC. Cela impliquait le pelage répétitif du film de sorte que des couches plus  en plus minces soient faites jusqu'à ce que le matériau sur le ruban n’ait  plus qu’une épaisseur d'une seule couche atomique. Cette couche est ensuite refroidie à une température juste au-dessus du zéro absolu et elle est ensuite excitée avec un laser, ce qui provoque l'émission de protons uniques dans des conditions spécifiques. «Nous étions maintenant en mesure de montrer qu'un type spécifique d'excitation produit  non  pas un mais exactement deux photons», dit Schneider. "Les particules de lumière sont générées par paires, pour ainsi dire." Les sources à deux photons sont intéressantes pour ceux qui perfectionnent  la cryptographie quantique et d'autres protocoles de ce genre . La recherche est décrite dans Nature Communications

MON COMMENTAIRE  /Je suis très intrigué  par cette manière de peler peu à peu  des multicouches   minérales  épi taxées avec du scotch !

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New Ising-machine computers are taken for a spin

Photograph of Peter McMahon and Alireza Marandi with the Stanford Ising machine

Spin cycle: Peter McMahon (left) and Alireza Marandi with the Stanford Ising machine

Deux  équipes indépendantes de physiciens aux États-Unis et au Japon ont chacune construit des versions d'un nouveau type d'ordinateur appelé "machine Ising". Les dispositifs utilisent des systèmes physiques pour imiter un réseau de spins magnétiques interactifs dans le but de résoudre des problèmes d'optimisation très complexes. Bien que le plein potentiel de ces machines Ising reste à explorer, les chercheurs disent que leurs premiers résultats montrent que leurs appareils à fibre optique fonctionnent comme prévu. En outre, la recherche suggère que les machines futures Ising pourraient surpasser les ordinateurs conventionnels numériques quand il s'agit de découvrir de nouveaux médicaments ou d'optimiser l'efficacité des lignes de production industrielle .

Les machines Ising sont conçues pour trouver la meilleure solution aux problèmes qui impliquent un grand nombre d'alternatives concurrentes. Cela implique d'effectuer des «optimisations combinatoires» qui sont classées problèmes «NP-dur», ce qui signifie que le nombre de solutions possibles augmente de façon exponentielle avec le nombre de composants dans un système. Parmi les exemples de ces problèmes figurent le problème du «voyageur-vendeur», qui consiste à planifier le chemin le plus court reliant plusieurs villes différentes, ainsi que le processus de recherche de combinaisons d'atomes et de molécules qui constitueraient  de bons candidats pour de nouveaux médicaments potentiels. Les ordinateurs conventionnels les plus puissants Se révèlent incapables de fournir des solutions pratiques à ces problèmes.

Les machines Ising sont nommées d'après le physicien allemand Ernst Ising, qui a étudié le problème de la façon dont un ensemble de moments magnétiques spatialement répartis se disposent dans leur état d'énergie la plus basse, étant donné que chaque moment peut prendre l'une des deux valeurs: spin up ou spin down .

 MON COMMENTAIRE /  Ces machinent  recherchent à  combiner des  trajets optimaux  de recherche  a énergie minimale  entre X  facteurs  ( cf. le problème des 7 ponts de KONIGSBERG)  , la machine de  BOLTZMANN   travaille  avec 0 et 1 , celle de ISING  avec +1 et -1

Quant à en faire des superordinateurs ……

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Dim light controls intense laser field

et al/ Phys. Rev. Lett.)">et al/ Phys. Rev. Lett.)">et al/ Phys. Rev. Lett.)">
Image showing the design of the non-Hermitian photonic metamaterial

et al/ Phys. Rev. Lett.)">et al/ Phys. Rev. Lett.)">et al/ Phys. Rev. Lett.)">Light work: the non-Hermitian photonic metamaterial

Une nouvelle façon de commuter un faisceau de lumière à l'aide d'un autre faisceau lumineux a été dévoilée par des physiciens aux États-Unis. Contrairement à d'autres systèmes de commutation "lumière-lumière", qui utilisent des faisceaux lumineux intenses pour contrôler des faisceaux relativement faibles, cette dernière technique utilise un faisceau faible pour contrôler un faisceau beaucoup plus lumineux. Le commutateur utilise un nouveau type de matériau optique appelé métamatériau photonique non-Hermitien, qui est créé dans une fibre optique de silicium. De minuscules fonctions dans le silicium créent une onde stationnaire lorsque la lumière du signal infrarouge   est installée   dans une extrémité de la fibre. Lorsque le témoin lumineux est lu dans l'extrémité opposée de la fibre, une interférence destructrice dans la fibre empêche la transmission du signal lumineux. Créé par Liang Feng à l'Université d'Etat de New York à Buffalo et ses collègues et décrit dans Physical Review Letters, ce nouveau  type de commutateur pourrait - avec d'autres améliorations  - trouver  une utilisation dans les réseaux de télécommunications à grande vitesse et tout-optique du futur.

   MON COMMENTAIRE /Contrôler un dispositif  de puissance P  par ce gadget de puissance p moindre  peut se révéler en effet utile …..Est-ce fiable à 100% ?

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Neutron holograms image the interiors of objects

Interference pattern created by neutron holography

Zebra stripes: interference pattern created by neutron holography

Les premiers hologrammes d’objets de grande taille  réalisés  à l'aide de neutrons ont été dévoilés par des physiciens aux États-Unis et au Canada. Contrairement aux hologrammes conventionnels produits par la lumière laser, les hologrammes générés par des neutrons peuvent représenter l'intérieur des objets. Les chercheurs disent que ces images 3D pourraient être utiles dans la science des matériaux et pourraient même être utilisés dans les ordinateurs quantiques de l'avenir.

Les faisceaux de neutrons sont une bonne sonde de la structure interne des objets solides parce qu'ils sont capables de traverser la plupart des matériaux sans être complètement absorbés. En conséquence, les neutrons peuvent être utilisés pour obtenir  l'image de l'intérieur des objets qui sont trop grands ou trop  dense à étudier avec les rayons X . Dmitry Pushin, un physicien à l'Université de Waterloo qui a dirigé la recherche des hologrammes, explique: "Un métal lourd comme le plomb est très transparent aux neutrons." Les neutrons ont également été utilisés pour imager des matériaux tels que l'hydrogène dans les piles à combustible, qui sont essentiellement invisibles aux rayons X. Parce que les neutrons interagissent avec la matière différemment des rayons X ou d'autres rayonnements électromagnétiques, les images construites avec des neutrons offrent une perspective différente sur un objet que les images construites avec des photons.

 Pour fabriquer leurs hologrammes, les chercheurs ont utilisé un faisceau de neutrons généré par un réacteur nucléaire à l'Institut national des normes et de la technologie situé dans le Maryland aux États-Unis.

 MON COMMENTAIRE / Jusqu’ ici  les neutrons ont beaucoup servi à étudier   des problèmes d’échelle micro ou semi micro   ( des structures , des surfaces , etc ) ;à  SACLAY notamment

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How to make a superconductor from a non-superconductor

Photograph of Paul Chu in his lab

Super discovery: Paul Chu in his lab

L'arséniure de calcium et de fer, qui n'est généralement pas un supraconducteur,vient d etre transformé  en supraconduction par Paul Chu et ses collègues de l'Université de Houston aux États-Unis. Cela a été fait en utilisant une idée d'abord proposée dans les années 1970 – à savoirla supraconductivité peut être améliorée ou même créée à l'interface entre deux matériaux. Chu et ses collègues ont chauffé l'arséniure de calcium et de fer afin qu'il coexiste en deux phases structurales différentes, dont aucune n'est supraconductrice. Puis l'échantillon est refroidi soigneusement pour préserver les deux phases. Lorsqu'il est refroidi à moins de 25 K, le matériau  devient un supraconducteur  à l'interface entre les phases. Bien  que cette température supraconductrice soit trop faible pour être pratique, Chu croit que le travail offre une nouvelle orientation dans la recherche de matériaux supraconducteurs plus efficaces et moins coûteux. La recherche est décrite dans Proceedings de la National Academy of Sciences.

MON COMMENTAIRE/C’est une voie intéressante  sil se révèle que les débits puissent être importants ….

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LHC smashes luminosity record

Photograph of a section of the Large Hadron Collider

Recordbreaking: the LHC has smashed more protons than expected

CERN's Large Hadron Collider (LHC) has surpassed its luminosity

Le grand collisionneur de hadrons (LHC) a dépassé ses objectifs de luminosité pour 2016, livrant 40 femtobarns inverse avec  une cible de 25. Pour 2016, le LHC devrait atteindre une luminosité maximale de 1034 cm-2 s -1, mais à la fin  il fonctionnait régulièrement 30% au-dessus de cela. Le LHC a également dépensé environ 60% de son temps opérationnel pour fournir des faisceaux stables avec  cible de 50%. «Je ne peux pas exagérer l'importance de ceci, parce que le nombre total de collisions que nous livrons aux expériences - la luminosité intégrée - détermine la capacité qu’ils ils ont à mener les grandes recherches », explique Frédérick Bordry, directeur du CERN pour Accélérateurs et technologie. Maintenant que les collisions proton-proton sont terminées pour cette année, le LHC commencera un programme de deux semaines en collision des ions plomb avec des protons à des énergies de 5,02 TeV et 8,16 TeV, respectivement. C'est la première fois que le LHC effectue des collisions plomb-proton depuis 2013.

 MON COMMENTAIRE / Très interessant de savoir  manager puis mélanger  les trajectoire d ions plomb et celle des protons ! les collisions proton-plomb ne produiront pas de plasma quarks-gluons, et donc elles permettront aux physiciens du CERN de bien distinguer les effets dus aux collisions de plomb de ceux dus au plasma.

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Supercomputer nails down axion-mass range

Set of images showing the distribution of the dark matter in the universe

Across the universe: simulated distribution of dark matter

 Dans une autre tentative pour définir plus strictement  la nature insaisissable de la matière noire, une équipe européenne de chercheurs a utilisé un supercalculateur pour développer le  profil de l'entité à être encore détectée  et qui semble perturber l'univers. Les physiciens dirigés par Zoltan Fodor de l'université de Wuppertal ont prédit les masses de candidats à la matière noire appelés axions en utilisant le supercalculateur JUQUEEN (Blue Gene / Q) à l'institut de recherche Forschungszentrum Jülich en Allemagne. Ces particules hypothétiques sont des candidats à la matière sombre prometteurs qui ne sont pas décrits par le modèle standard de physique des particules, mais sont prédits par une extension à la chromodynamique quantique (QCD). On pense que les axions ont des masses extrêmement faibles et pourraient, en théorie, être détectés directement. "Cependant, pour trouver ce genre de preuve, il serait extrêmement utile de savoir quel type de valeur  masse nous recherchons", déclare le membre de l'équipe Andreas Ringwald à la DESY à Hambourg. "Sinon, la recherche pourrait prendre des décennies, car il faudrait balayer une portée trop grande." Les simulations de l'équipe ont montré que si axions existent, ils devraient avoir une masse de 50-1500 meV, ce qui les rendrait  jusqu'à 10 milliards de fois plus léger que les électrons. Cela nécessiterait que chaque centimètre cube de l'univers contienne en moyenne 10 millions de particules ultra-légères. «Les résultats que nous présentons conduiront probablement à une expérimentation  pour découvrir ces particules», explique Fodor. L'équipe dit que dans les prochaines années, il devrait être possible de confirmer ou d'exclure l'existence d'axions expérimentalement parlant . Les simulations sont décrites dans Nature.

MON COMMENTAIRE /Je vous ai passé le 20 octobre  un article sur les recherche d axions  des équipes américaines ADMX  avec des masses très faibles également  (LE POUVOIR DE L’IMAGINAIRE N°501….Mais tout cela ne confirme pas leur existence !

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osmic-ray showers create more muons than expected

Photograph of a Cherenkov detector that is part of the Pierre Auger Observatory

Muons galore: why is Pierre Auger seeing more muons than expected?

De plus en plus de muons semblent être créés dans les « averses »  de rayons cosmiques que ne le prévoient les modèles basés sur les données du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au CERN. Telle est la conclusion des physiciens de l'Observatoire Pierre Auger en Argentine, dont les mesures concordent avec les précédents indices d'un "excès de muons" apparu il y a plus de 15 ans. L'excès de muons pourrait signifier que l'interaction forte semble différente à des énergies de collision supérieures à celles actuellement atteintes au LHC.

L'Observatoire Pierre Auger est un ensemble de 1660 réservoirs remplis d'eau répartis sur une superficie de 3000 km2. Il détecte les muons créés à partir de la désintégration de pions à faible énergie dans l’averse  de particules créée lorsqu'un proton de rayon cosmique interagit avec l'atmosphère. La plupart de ces muons en mouvement rapide survivent au voyage vers le sol, où ils peuvent être repérés à partir de la lumière Cherenkov qu'ils émettent alors qu’ils voyagent à travers l'eau dans les réservoirs. Quatre télescopes sont également utilisés pour repérer la lumière fluorescente dans l'atmosphère créée par la cascade.

Les données fournies par les télescopes fournissent une bonne mesure de la quantité d'énergie déposée dans une telle averse, alors que  les données Cherenkov indiquent aux physiciens comment les hadrons ( détectés comme pions) sont créés dans ces averses.

Les physiciens de la collaboration Pierre Auger ont utilisé des données d'interaction recueillies à partir de collisions proton-proton au LHC pour prédire combien de muons, en moyenne, devraient être produits par une aversed'une énergie donnée. Alors que les collisions des rayons cosmiques intéressantes  sont environ 10 fois plus énergiques que les collisions du LHC, les physiciens ont pu utiliser les données du LHC pour créer des modèles qui décrivent comment les muons sont produits dans l’averse, ainsi que la façon dont les électrons et les positrons sont produits. Comprendre la production d'électrons et de positons est important parce que les détecteurs  Cherenkov détectent également ces particules et ne peuvent pas alors les distinguer des muons interessants.

Les taux de détection des muons et des électrons / positons dans le détecteur de Cherenkov sont fonction de l'endroit où dans le ciel ces averses se produisent. Les événements qui se produisent directement au-dessus d'un détecteur seront dominés par des électrons et des positons, alors que ceux qui arrivent avec plus de 37 ° par rapport à  la verticale déposeront plus de muons dans le détecteur. Les données de Pierre Auger analysées dans cette dernière étude contiennent 411 événements hybrides - recueillis sur neuf ans - qui couvrent de 0 à 60 °. En examinant le nombre de muons et d'électrons / positons détectés en fonction de l'énergie de l’averse et de l'angle d'arrivée, l'équipe a pu tester ses modèles inspirés du LHC.

Alors que le nombre d'électrons et de positrons détectés convenait très bien avec leurs modèles, les muons étaient plus loin que la valeur prévue . Ils ont découvert que 33% plus de muons avaient été détectés que prévu par le modèle «EPOS-LHC» et environ 61% de plus ont été détectés que prévu par le modèle «QGSJet-II-04».

Ce n'est pas la première fois qu'un excès de muons a été repéré. En 2000, les physiciens travaillant sur le réseau HiRes MIA en Utah ont détecté plus de muons que prévu. L'année dernière, une étude des muons des averses presque horizontales arrivant aux détecteurs Pierre Auger a également enregistré plus de muons que prévu. Toutefois, cette dernière étude met l'excès de muons «sur un terrain plus ferme», selon Thomas Gaisser de l'Université du Delaware, car il implique à la fois  l effet Cherenkov et les observations du télescope.

La recherche est décrite dans Physical Review Letters …. Gaisser (qui n'est pas membre de l'équipe Pierre Auger) met en lumière deux explications possibles de l'excès. L'un d'eux est que plus d'énergie de collision  prévue par les modèles va dans le sens  d’une production de paires baryon-antibaryon. L'autre possibilité, selon Gaisser, est que la physique de l'interaction forte est différente aux énergies de collision des rayons cosmiques que celle aperçue  pour les collisions du LHC. Cependant, il souligne que d'autres mesures à l'Observatoire Pierre Auger seront nécessaires pour éclairer davantage le mystérieux excès de muons.

A propos de l'auteurJohn Hamish est editeur de physics world

 MON COMMENTAIRE  /Mes lecteurs  se rappelleront peut être les articles publiés ici sur  les bacs a eau de Patagonie  et   mes graphiques de désintégration  en haute atmosphère . Je penche pour la 1ère hypothèse de  Gaisser

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old 3D nanostructures made using new technique

Schematic of the deposition technique

Golden technique: making a 3D gold nanostructure

Tiny 3D gold structures just a few hundred nanometres in size have

De minuscules structures en or 3D de quelques centaines de nanomètres ont été créées grâce à une nouvelle technique développée par des chercheurs de l'Université de Technologie de Vienne en Autriche. Les nanostructures aurifères ont des propriétés optiques et électroniques uniques qui les rendent potentiellement utiles pour une gamme d'applications allant de la détection biologique à l'optoélectronique. Cependant, comme  les techniques existantes pour créer les nanostructures 3D sont coûteuses et prennent beaucoup de temps Heinz Wanzenböck et ses collègues ont utilisé une technique appelée dépôt par faisceau d'électrons focalisés (FEBID) pour créer des nanostructures 3D sur un substrat de germanium. Cela implique la réunion  d'un faisceau d'électrons et de deux faisceaux moléculaires au niveau du substrat. Un faisceau moléculaire est un composé organique contenant de l'or et l'autre est simplement de l'eau. L'énergie du faisceau électronique libère l'or des molécules organiques et l'eau améliore l'oxydation, ce qui améliore la qualité des nanostructures en or 3D. Alors que les méthodes de dépôt antérieures ont créé des structures 3D qui ne contenaient que 30% d'atomes d'or (et 70% de carbone), cette dernière technique a atteint 91% d'or. La méthode est décrite dans les Rapports scientifiques.

MON COMMENTAIRE/Original ce «  chalumeau à eau !


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