La matière met 0,3 zeptoseconde pour s’organiser.

croquis crédit : chemphys.u-strasbg.fr/

Article source: science-et-vie.com

Par Mathieu Grousson Le 16 fév 2017 à 18h46

En bombardant une feuille de zinc avec des noyaux atomiques, des physiciens américains ont mesuré le temps qu’il faut aux protons et aux neutrons pour se réorganiser.

0,3 millième de milliardième de milliardième de seconde, autrement dit, 0,3 zeptoseconde : c’est le temps nécessaire à un mélange de protons et de neutrons, les briques élémentaires des noyaux atomiques, pour s’organiser et atteindre leur point d’équilibre.

suite

Mise à jour investigations ufoetscience, le : 16/02/2017 à  : 20h45.

La physique se trouve-t-elle à une époque charnière?

C. Henze/NASA Ames Research Center

Jeudi 12 mai 2016 à 12h25.

Un savant me disait un jour:«  Lorsque la physique et la cosmologie sont en « crise » cela présage une grande avancée pour nos connaissances.« 

Les grandes découvertes admises l’ont été en tant que telles après de âpres discussions et divers tests rigoureux de la part de la communauté scientifique.

Ensuite le travail continue dans l’ombre et plus grand chose ne filtre, n’en ressort pendant un long laps de temps.

Il faut dire que les recherches, les analyses et les résultats ne se font pas en un jour.

Les résultats mènent souvent à des applications à plus ou moins long terme.

La science fiction prend le risque de se tromper lourdement lorsque celle-ci prend de l’avance. Ceci dit , elle ose s’y aventurer plus ou moins habilement.

La réalité met le temps nécessaire pour la rattraper quelquefois et d’autrefois, jamais! Ci-dessous  je vous partage un article ( que je ressort de mes archives ) qui définit comment l’aventure scientifique  a permis aux savants d’observer des ondes gravitationnelles. Pour ma part  j’ attends la suite avec une certaine impatience, car ceci débouchera sur du concret.

illustration fusion-trous-noirs
crédit: soocurious.com/

Article  et images source: soocurious.com/

publié le samedi 7 mai 2016

Découvrez la passionnante aventure scientifique qui a permis aux chercheurs d’observer les ondes gravitationnelles.

La date du 11 février 2016 rentrera dans l’histoire de la recherche scientifique. Pour la première fois, des vibrations d’une étrange nature venues de l’espace ont été détectées sur Terre, confirmant une prédiction d’Albert Einstein vieille d’un siècle. C’est un événement cataclysmique majeur qui a permis cette découverte. SooCurious vous explique comment.

« La théorie c’est quand on sait tout et que rien ne fonctionne, la pratique c’est quand tout fonctionne mais que l’on ne sait pas pourquoi », disait Albert Einstein. Ce pessimisme ne l’a nullement empêché d’échafauder des théories vertigineuses et pas toujours vérifiables dans l’immédiat faute de moyens techniques. Du point de vue mathématique, très ancré dans la théorie, la physique a un rôle pratique à jouer : à partir de l’examen de certaines équations, elle révèle de nouveaux éléments de réalité. Elle le fit déjà en prédisant, puis démontrant l’existence des photons, des antiparticules, des quarks et, plus récemment, en 2012, du boson de Higgs. Certaines théories ont mis des années pour « fonctionner », parfois même tout juste un siècle, comme la théorie des ondes gravitationnelles.

Les ondes électromagnétiques (perturbations des champs électrique et magnétique) sont produites par les particules chargées accélérées. De la même façon, les ondes gravitationnelles sont produites par des masses accélérées.

Lorsqu’un corps massif est soumis à une accélération, l’espace-temps autour de lui doit en permanence se réajuster, ce qui se traduit par de légères perturbations qui se propagent à la vitesse de la lumière. Elles sont causées par des phénomènes astrophysiques violents, comme une explosion des étoiles en supernova ou la fusion de deux trous noirs. Mais leur origine peut également remonter aux premiers instants suivant le Big Bang, événement très énergétique à l’origine de notre Univers survenu il y a plus de treize milliards d’années.

Car notre Univers est élastique : si on le secoue à une extrémité, il vibre et la secousse se propage jusqu’à l’autre bout, comme des cercles concentriques sur la surface d’un lac créés par la chute d’un caillou. Ces vibrations sont les ondes dites « gravitationnelles » car liées à la force de gravitation.

Leur existence a été pressentie dès 1905 par le mathématicien et physicien français Henri Poincaré(1854-1912). Mais c’est surtout Albert Einstein (1879-1955) qui a décrit l’existence de ces ondes en juin 1916, comme conséquence de sa théorie de la relativité générale, parue en 1915.

La gravitation étant très faible en intensité, de telles ondes sont très difficiles à détecter. Voilà pourquoi il a fallu attendre un siècle pour pouvoir élaborer des outils suffisamment précis.

Une preuve indirecte fut apportée en 1974 par les astrophysiciens américains Joseph Taylor et Russell Hulse. A cette époque, ils étudiaient le pulsar PSR1913+16, qui avait la particularité d’être membre d’un système binaire constitué de deux étoiles à neutrons. En examinant les émissions radio du pulsar, les deux astronomes furent en mesure de déterminer la période orbitale du couple. Ils se rendirent alors compte que celle-ci décroissait légèrement, d’un millième de seconde par an. La réduction mesurée correspond avec précision à celle prévue par la relativité générale dans l’hypothèse où la perte d’énergie serait due au rayonnement gravitationnel. Russell Hulse et Joseph Taylor ont été récompensés du prix Nobel de physique en 1993 pour cette découverte.

Depuis vingt ans, les observatoires construits pour détecter les ondes gravitationnelles sont des interféromètres géants. Le rayonnement provenant d’un laser est divisé en deux faisceaux. Ceux-ci sont envoyés dans des directions perpendiculaires, puis réfléchis par des miroirs et finalement recombinés. L’analyse de la lumière après recombinaison permet de dire si la durée de propagation de la lumière dans l’une des directions a été perturbée. Si tel est le cas, cela signifie que la distance parcourue par l’un des faisceaux a légèrement varié sous l’effet du passage d’une onde gravitationnelle.

Étant donné la faiblesse des effets à mesurer, ces interféromètres doivent être très sensibles. En particulier, la distance parcourue par la lumière doit être aussi grande que possible. Pour cette raison, ces détecteurs sont gigantesques, leurs bras font plusieurs kilomètres de long. Il est également important de réduire toutes les sources de bruit parasite, tout spécialement celles d’origine sismique ou thermique.

Aux Etats-Unis, l’observatoire LIGO est composé de deux interféromètres indépendants, l’un situé enLouisiane, l’autre dans l’Etat de Washington, à 3000 kilomètres de distance. LIGO a observé le ciel sans succès entre 2001 et 2010 et a été modernisé pour reprendre ses observations en septembre 2015. L’interféromètre Virgo, situé près de Pise en Italie, est une collaboration entre cinq pays européens. Sa première période d’observation s’est déroulée entre 2007 et 2011 et il est depuis dans une phase de mise à jour de sa sensibilité qui devrait s’achever en 2016.

Les efforts de la communauté scientifique ont été récompensés le 14 septembre 2015 lorsque les interféromètres de LIGO ont tous deux détecté indépendamment les distorsions de l’espace-temps provoquées par le bref passage d’ondes gravitationnelles. Ces ondes n’ont pu être détectées qu’avec la complicité d’un événement considérable qui s’est produit il y a plus d’un milliard d’années  : deux trous noirs voisins ont fusionné à une vitesse égale aux deux tiers de la vitesse de la lumière ; ce phénomène hyperviolent a libéré une énergie inimaginable en seulement 20 millisecondes, et engendré un train d’ondes gravitationnelles qui ont progressivement perdu en puissance au cours de leur passage au travers de la Terre. Sans les outils aussi précis, il aurait fallu attendre qu’un événement se produise beaucoup plus près de la Terre, au risque de perdre quelques milliers d’années…

La détection fut détaillée dans la revue Physical Review Letters du 11 février par l’équipe de l’instrument LIGO. « Cette détection est le début d’une nouvelle ère, celle de l’astronomie des ondes gravitationnelles devenue désormais une réalité », affirme Gabriela Gonzalez, porte-parole de l’équipe LIGO, professeur d’astrophysique à la Louisiana State University.

Désormais les chercheurs travaillent sur un projet encore plus ambitieux. En effet, un détecteur à la surface de la Terre sera toujours très limité, contrairement à celui placé dans l’espace. Ainsi, un projet spatial de l’ESA appelé eLISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) est à l’étude. Il s’agirait d’un ensemble de satellites travaillant de façon coordonnée. Au lieu de quelques kilomètres, la taille équivalente du détecteur serait alors de plusieurs millions de kilomètres. Un tel système rendrait possible l’étude d’une plus grande variété de phénomènes ainsi que la détection d’événements beaucoup plus lointains. Le lancement est prévu à l’horizon 2028.

Les nouvelles perspectives offertes par cette découverte témoignent de sa portée scientifique. Les ondes gravitationnelles sont autant de signaux porteurs de caractéristiques de la source qui les a engendrées. Elles permettent ainsi de « voir » des phénomènes astrophysiques jusqu’ici totalement invisibles car n’émettant pas de rayonnement électromagnétique, comme l’effondrement gravitationnel des étoiles massives, la fusion de deux étoiles à neutrons dans un système binaire, ou le processus en jeu au centre des galaxies.

« Cela ouvre une grande période nouvelle et excitante. L’Univers est mû par la gravité, mais on ne l’observe qu’avec la lumière. Nous verrons enfin des choses jamais vues parce qu’elles n’émettent pas de lumière, estime Pierre Binétruy, professeur à l’université Paris-VII. Nous changeons d’époque. »

L’annonce du 11 février vient donc à point nommé pour célébrer le centenaire d’une extraordinaire construction intellectuelle née un jour dans le cerveau d’un génie. Pour l’instant, il est encore difficile de mesurer son impact pratique et il est beaucoup trop tôt pour que toute spéculation sur d’éventuels engins anti-gravité sorte du cadre de la science-fiction. Mais cela peut changer très vite, comme c’était le cas du laser, également prédit par Einstein. Lorsqu’il a été créé en 1960, très peu de gens misaient sur une quelconque application pratique. Aujourd’hui, le laser est partout.

Source

Mise à jour investigations ufoetscience, le : 12/05/2016 à : 12h25.

La supergravité est-elle la bonne théorie de la gravitation quantique ?

Van Nieuwenhuizen, l’un des créateurs des théories de supergravité. Crédit : Eric Michelson

Article source: technofuture

mardi 20 octobre 2015

(Repris du site futura-sciences publié le:

Le 25/05/2009)

Comprendre l’origine de l’Univers et le destin de la matière tombant dans un trou noir nécessite une théorie quantique de la gravitation. Découverte dans la seconde moitié des années 1970, la supergravité offrait l’espoir d’une telle théorie mais les physiciens l’ont abandonnée au début des années 1980. Certains résultats récents pourraient la remettre en selle..

Lorsque le champ de gravitation est fort, comme c’est le cas pour une étoile à neutron dont 1 cm³peut peser des millions de tonnes ou pour des trous noirs de masse stellaire, la théorie de la relativité d’Einstein devient indispensable. Elle l’est également lorsqu’il s’agit de considérer l’Univers à grande échelle dont le rayon observable dépasse aujourd’hui les 46 milliards d’années-lumière. Mais pour pénétrer dans les entrailles des protons, dont la taille est d’environ 10^-15 mètre, les lois de la mécanique quantique deviennent incontournables. A priori, ces deux domaines de la physique relevant l’un de l’infiniment grand et l’autre de l’infiniment petit ne se recoupent pas.

crédit illustration:
technofuture

Cette conclusion est fausse. Lorsque l’Univers observable était jeune et qu’il possédait une taille inférieure à celle d’un proton, sa formidable densité et l’extrême intensité du champ de gravitation ne peuvent être comprises sans une théorie quantique de la gravitation combinant les de la relativité générale avec celles de la mécanique quantique. Malheureusement, les calculs font intervenir des quantités croissant sans limites, ce que l’on appelle des divergences infinies.

En 1976, un groupe de physiciens, Daniel Z. Freedman, Peter van Nieuwenhuizen et Sergio Ferrara, de l’Université de Stony Brook, découvrirent une merveilleuse généralisation de la théorie de la relativité générale qu’ils baptisèrent la supergravité. Comme on ne tarda pas à le découvrir, cette théorie pouvait en fait exister sous différentes formes et en plusieurs dimensions d’espace. Mathématiciens et physiciens s’unirent pour classifier les différentes théories possibles car, comme ils le découvrirent rapidement, certaines de ces théories ne souffraient pas des problèmes de divergences infinies, au moins lorsqu’on ne poussait pas trop loin les calculs.

illustration crédit:
technofuture

Une classe de théorie en 4 dimensions retint particulièrement l’attention des chercheurs pendant un temps. Il existe en gros 4 classes de théories de supergravité selon que l’on considère 1, 2, 4 et enfin 8 opérations mathématiques ressemblant à des rotations autour d’un axe. On y parle alors de générateurs de supersymétrie. La théorie considérée par les chercheurs est celle dite N=8, avec donc 8 générateurs de supersymétrie.

Une théorie unifiée de la matière et des interactions ?

Au début des années 1980, Stephen Hawking se demandait si cette théorie, dont l’exploration commençait, pouvait être, en plus d’une théorie de gravitation quantique, une théorie unifiée de la matière et de toutes les interactions.

Dans le cadre des théories dites supersymétriques, et la supergravité n’en est qu’un exemple parmi d’autres, les particules de matière comme les électrons et les quarks, peuvent être unifiées avec les particules transportant les forces, comme les photons et les bosons Z et W, ou encore les gluons.

Si l’on veut se faire une idée de la supersymétrie, on peut prendre l’exemple des vecteurs dans le plan. Il n’est pas possible de prendre la racine carrée d’un vecteur de prime abord, mais si l’on décrit un tel vecteur comme un nombre complexe, alors cela ne pose plus aucun problème. Si l’on veut généraliser la notion de nombre complexe à l’espace, plus précisément à l’espace-temps de la relativité, il s’introduit naturellement des sortes de racines carrées des vecteurs de l’espace-temps que l’on appelle des spineurs.

croquis crédit:
technofuture

Les particules de matière comme les neutrinos et les quarks sont décrites par des spineurs alors que les gluons et les photons par des vecteurs. C’est une autre façon de dire que les particules de matière sont des fermions alors que les particules médiatrices des forces sont des bosons.

Dans le cadre de la supersymétrie, il est possible de considérer une sorte de super-espace dans lequel les bosons et les fermions sont des composantes d’une sorte de super vecteur qui peut tourner autour de l’analogue d’axes dans l’espace. De cette façon, fermions et bosons deviennent inséparables et à chacune des particules connues dans le modèle standard des interactions correspond un superpartenaire. Ainsi, aux quarks fermioniques sont associés des bosons, les squarks, et aux gluons et photons bosoniques sont associés des gluinos et des photinos, qui sont des fermions.

Les particules et leurs partenaires supersymétriques. Cliquer pour agrandir. Crédit : University of Glasgow

Il se trouve que la supersymétrie conduit naturellement à considérer une généralisation de la théorie d’Einstein, cette dernière, même, s’en déduit. La différence est que l’analogue du photon des ondes électromagnétiques devient pour les ondes gravitationnelles, dont on a des preuves indirectes avec l’étude des pulsars, une particule bosonique que l’on appelle le graviton, qui n’est pas un vecteur mais un tenseur. Il existe cependant un superpartenaire associé au graviton et qui est un fermion, le gravitino.

illustration: premier plusar double
crédit: technofuture

Cette situation est celle de la théorie à un seul générateur de supersymétrie. Dans le cas avec 8 générateurs, les divergences infinies de la gravitation quantique que l’on connaissait dans certains calculs disparaissaient. De plus, la théorie incorporait un grand nombre de nouvelles particules qui ressemblaient aux particules du modèles standard et surtout, elles étaient suffisamment nombreuses pour pouvoir peut-être correspondre à toutes celles que l’on connaissait alors.

L’espoir du début des années 1980 était donc que si l’on savait faire correctement tous les calculs dans la théorie de supergravité, non seulement on pourrait en déduire le modèle standard mais on finirait aussi par prouver que toutes les divergences infinies disparaissaient dans tous les calculs possibles. Le prix Nobel Murray Gell-Mann était par exemple parvenu à dériver l’existence de fermions qui possédaient les mêmes charges fractionnaires que les quarks.

Murray_Gell-Mann
photo crédit:
technofuture

Hélas, assez rapidement, on découvrit que la supergravité N=8 était désespérément rebelle à la présence de neutrinos et d’électrons violant la parité comme dans le modèle des interactions électrofaibles. Pire, les méthodes habituelles utilisées pour étudier l’apparition des divergences infinies dans les calculs de théorie quantique des champs n’étaient pas très optimistes quant à la disparition des quantités infinies en supergravité lorsque l’on poussait suffisamment loin la précision des calculs.

En 1984, les calculs de Michael B. Green et John H. Schwarz effectués dans le cadre de la théorie des supercordes portèrent un coup presque fatal à la théorie. En remplaçant les particules par des cordes et en augmentant jusqu’à 9 le nombre de dimensions de l’espace, on découvrit que l’on pouvait obtenir les électrons et les neutrinos du modèle standard tout en ayant une théorie de gravitation quantique finie.

les « cordes »

La théorie des supercordes est-elle vraiment incontournable ?

La situation est peut-être en train de se retourner depuis quelque temps. D’abord la théorie des cordes elle-même se révéla être un assemblage de 5 théories possibles et non pas une seule. Ensuite, on découvrit au début des années 1990 que ses 5 théories devaient être des cas particulier d’une théorie à 11 dimensions d’espace-temps faisant intervenir non plus des cordes mais des membranes. Or, à basse énergie en 11 dimensions la nouvelle théorie baptisée théorie M donne l’unique théorie de supergravité N=1 et des membranes. Compactée à la Kaluza-Klein en 4 dimensions, elle donne précisément la théorie de supergravité N=8.

schéma crédit:
technofuture

On comprend donc pourquoi, depuis quelques années, la question de l’apparition réelle de divergences infinies dans la supergravité D=4 et N=8 (où D est le nombre de dimensions de l’espace-temps) est examinée a nouveau. Si l’on en croit les travaux de chercheurs comme Michael Green, Pierre Vanhove et plus récemment Zvi Bern et Lance Dixon, certaines des divergences que l’on croyait devoir apparaître en supergravité N=8 au début des années 1980 lorsque l’on serait capable de pousser les calculs quelques crans plus loin… ne sont tout simplement pas là !

Il se pourrait donc bien qu’une théorie de supergravité pure en 4 dimensions, celle avec N=8, soit non seulement finie mais contienne effectivement le modèle électrofaible avec violation de la parité. La théorie des cordes n’est peut-être pas nécessaire après tout…

Mise à jour investigations ufoetscience, le: 20/10/2015 à 14h05.

Des nouvelles de la chasse aux leptoquarks avec le LHC

Peter Higgs devant le détecteur CMS au Cern. Celui-ci semble bel et bien avoir détecté le boson de Higgs mais pour le moment aucun leptoquark. © Maximilien Brice-Cern

Article source:http://www.futura-sciences.com/f

Par Laurent Sacco, Futura-Sciences, Le 9 novembre 2012 à 12h37

Plusieurs extensions du modèle standard, en particulier des théories de Grande Unification comme celle de Pati-Salam, prévoient l’existence de leptoquarks, capables de changer des quarks en leptons et de provoquer la désintégration du proton. Traqués depuis des décennies, ils sont maintenant chassés au LHC.

Au début des années 1970, les succès grandissants du modèle des hadrons basé sur la théorie des quarks et les premières confirmations de la pertinence des théories de jauge, en particulier du modèle électrofaible de Glashow-Salam-Weinberg, poussent quelques théoriciens audacieux à franchir une étape de plus en envisageant déjà des théories unifiées des forces alors que ni la chromodynamique quantique, et encore moins la théorie électrofaible, n’étaient encore assises sur des bases indiscutables.

C’est ainsi que dès 1972, Jogesh Pati et Abdus Salam vont développer une théorie unifiant à la fois les quarks et leptons et les forces nucléaires fortes et électrofaibles.

Jogesh C. Pati (né en 1937 à Baripada, Orissa, Inde) est un physicien théoricien américain d’origine indienne ayant proposé des théories importantes pour unifier les forces et les particules de la nature. © Slac, Stanford University

Des préons composant quarks et électrons

Une seconde version naîtra à partir de 1975, faisant intervenir une structure composite pour les quarks et les leptons qui cessaient donc d’être des particules élémentaires. De nos jours, on connaît ces travaux sous le nom de modèle de Pati-Salam.

Ce qui est moins connu, c’est que le modèle de Pati-Salam a inspiré la plus célèbre des théories de Grande Unification (GUT) celle de Georgi-Glashow reposant sur le groupe de Lie SU(5). On doit aussi à Jogesh Pati le mot de « préon » pour des particules plus élémentaires que les quarks et les leptons et qu’ils constitueraient. C’est encore le modèle de Pati-Salam qui inspirera la plus célèbre des théories des préons, celle des rishons de Harari.

Dans ce tableau faisant penser à celui de Mendeleïev, on voit clairement que les quarks et les leptons sont rassemblés en 3 familles (generations en anglais). © Wikipédia

Une des conséquences observables du modèle de Pati-Salam est l’existence de boson Z’ et surtout de leptoquarks. Ces leptoquarks permettraient de mieux comprendre l’existence de 3 familles de leptons et de quarks décrits par le modèle électrofaible et la fameuse matrice de Kobayashi-Maskawa. Les régularités que l’on peut voir dans le tableau des particules élémentaires ci-dessus pointent en effet vers une explication en symétrie, comme constaté plusieurs fois dans l’histoire des particules élémentaires. Ces symétries se traduisent souvent par la présence de nouvelles particules.

Un des événements observés en 2010 par CMS et qui pourrait trahir l’existence des leptoquarks. Mais il pourrait s’agir d’une coïncidence avec des réactions classiques dans le modèle standard mimant la désintégration d’une paire de leptoquarks. © Cern

En l’occurrence, l’existence de leptoquarks impliquerait qu’il soit possible de transformer des quarks d’une famille en des leptons d’une autre famille et inversement. Ces changements interviendraient avec l’émission ou l’absorption de ces nouvelles particules par les quarks et les leptons se transformant les uns dans les autres.

Des leptoquarks chassés avec Super Kamiokande et le LHC

Ces processus seraient très rares et difficiles à mettre en évidence. Mais comme ils pourraient conduire à une désintégration du proton, on a cherché et on cherche encore à les détecter. De fait, c’est initialement pour observer cette désintégration que l’on a conduit l’ancêtre du détecteur, Super Kamiokande, qui a permis de résoudre l’énigme des neutrinos solaires.

Les résultats concernant la désintégration du proton sont restés négatifs jusqu’à présent. Mais comme d’autres extensions du modèle standard faisant intervenir des leptoquarks ont été proposées, en particulier avec des masses accessibles aux expériences en accélérateurs, leur existence a été recherchée dans les collisions à très hautes énergies.

Les membres de la collaboration CMS ont ainsi cherché dans les débris de plus de 500.000 milliards de collisions de protons pendant l’année 2011 des signatures caractéristiques de la présence des leptoquarks. L’une d’elles est la désintégration d’une paire de leptoquark-anti leptoquark en deux jets d’hadrons avec deux électrons comme celle que l’on voit sur l’image ci-dessus. Les chercheurs du Cern ont publié leur résultat dans un article disponible sur arxiv.

Si quelques événements dans CMS ressemblent effectivement à la désintégration de leptoquarks, on ne peut en déduire que ceux-ci existent. Si tel est pourtant le cas, ils doivent être encore plus massifs que ce que l’on avait déduit comme borne lors de précédentes expériences.