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Physics

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Interactive Periodic Table of the Elements, in Pictures and Words. Sommes-nous faits de poussières d'étoiles ? Vous avez sans doute déjà entendu l'expression « nous sommes faits de poussières d'étoiles »...

Sommes-nous faits de poussières d'étoiles ?

S'agit-il d'un mythe ou de la réalité ? Une équipe d'astronomes, partie sur les traces de ces poussières, est remontée jusqu'à leurs sources. Pas de doutes, 97 % de nos milliards de milliards d'atomes proviennent bien du cosmos. L'expression « poussières d'étoiles », reprise par Hubert Reeves pour le titre de l'un de ses plus célèbres livres, est à l'origine de Carl Sagan. Dans sa série Cosmos, l'astrobiologiste déclarait « l'azote dans notre ADN, le calcium de nos dents, le fer dans le sang, le carbone dans nos tartes aux pommes ont été faits à l'intérieur d'étoiles qui se sont effondrées. Ondes gravitationnelles : les coulisses d’une découverte. Le 14 septembre 2015 est un jour historique.

Ondes gravitationnelles : les coulisses d’une découverte

Pour la première fois, les chercheurs de la collaboration LIGO-Virgo ont en effet détecté des ondes gravitationnelles, ces ondes prédites par Albert Einstein mais qu’il croyait indécelables. Voici le récit de cette découverte majeure, publié dans « Carnets de sciences », la nouvelle revue du CNRS. Campus d’Orsay. 9 h 00. C’est un lundi comme les autres pour Patrice Hello, physicien du Laboratoire de l’accélérateur linéaire1 (LAL). Observation pour la première fois d'une asymétrie matière-antimatière dans la désintégration d'un baryon. Pour la première fois, une particule de type baryon, le Λb , montre des signes d'asymétrie entre matière et antimatière.

Observation pour la première fois d'une asymétrie matière-antimatière dans la désintégration d'un baryon

Ce résultat vient d'être obtenu par l'expérience LHCb au CERN. Il s'agit de la première mesure du genre sur un baryon (les particules de la famille des protons et des neutrons), un phénomène encore jamais vu, et ouvre la voie vers l'explication de la domination de la matière sur l'antimatière dans l'Univers. De précédentes expériences au CERN avaient pu montrer l'existence de différences entre particules et antiparticules associées sur des mésons K et B, des particules constituées d'un quark et d'un antiquark, mais encore jamais sur un baryon, composé de trois quarks/antiquarks. Une anomalie mystérieuse est apparue dans la stratosphère. Pour la première fois depuis 60 années de suivi, des scientifiques ont observé une déviation importante dans la structure des vents de la stratosphère terrestre.

Une anomalie mystérieuse est apparue dans la stratosphère

L'origine de cette anomalie est inconnue. La stratosphère est la couche de l'atmosphère qui se trouve au dessus de la troposphère, entre 15 et 45 km d'altitude. Le climat que nous connaissons est surtout le lieu de la troposphère, la couche la plus basse de l'atmosphère. La taille du proton pose un vrai problème. Bien que très petit, un proton tient un certain volume, de quoi y mettre ses constituants : trois quarks et de nombreux gluons.

La taille du proton pose un vrai problème

La taille d’un proton est ainsi déterminée par ses constituants élémentaires et leurs interactions, et dépend donc intimement du modèle standard des particules et de la théorie de la chromodynamique quantique. Or la taille du proton reste aujourd’hui un sujet de controverse, étant différente selon la manière de la mesurer. L’œil humain : un organe capable de détecter un seul photon! L’œil humain est un organe stupéfiant.

L’œil humain : un organe capable de détecter un seul photon!

Une expérience effectuée dans un laboratoire de biophysique par des chercheurs américains et autrichiens vient de montrer que notre œil est capable de détecter un seul photon. Cela fait plusieurs décennies que les biologistes et les physiciens cherchent quelle est la limite de la quantité de lumière que nous pouvons percevoir. Des expériences antérieures effectuées sur des cellules de rétine de grenouilles avaient montré que les cellules qu’on appelle les bâtonnets réagissent à l’impact d’un seul photon. Mais jusqu’à aujourd’hui, on ne pouvait pas dire si le signal électrique produit par une cellule de type bâtonnet pouvait, après transmission vers le cerveau, induire un véritable signal à même d’être reconnu en tant que tel par le sujet.

Rappelons que les bâtonnets se trouvent à l’extérieur de la partie centrale de la rétine et sont surtout responsables de notre vision périphérique. L'expérience d'Einstein-Bohr confirme la théorie quantique. La mécanique quantique est née pendant le premier quart du XXe siècle de l'exploration théorique et expérimentale des interactions entre la lumière et la matière.

L'expérience d'Einstein-Bohr confirme la théorie quantique

Pendant le second quart du siècle dernier, l'interprétation de son formalisme a divisé les pères fondateurs avec d'un côté Einstein et Schrödinger qui pensaient que la solution donnée par la théorie au problème de la dualité onde-corpuscule était encore provisoire. De l'autre côté, Bohr et Heisenberg pensaient qu'elle était définitive. Du débat Bohr-Einstein-Schrödinger en sont sorties un certain nombre d'expériences de pensée que la technologie de l'époque ne permettait pas de réaliser. Des températures négatives plus chaudes que l'infini avec des atomes ultrafroids. Depuis les travaux de Maxwell et Clausius sur la théorie cinétique des gaz, on sait que la chaleur et la température sont reliées à l'énergie cinétique d'agitation des particules dans un gaz, des molécules ou des solides.

Des températures négatives plus chaudes que l'infini avec des atomes ultrafroids

Lorsque cette agitation cesse dans un système physique, il ne contient plus de chaleur et sa température thermodynamique absolue, telle que l'a définie William Thomson Kelvin, devient nulle. En théorie donc, il n'est pas possible d'obtenir des températures plus froides que le mythique zéro absolu qui vaut, par convention, -273,15 °C. Cette limite est même en fait inatteignable, ne serait-ce que parce que les inégalités de Heisenberg s'opposent à un gel complet de tous les mouvements d'un système. Dans le cas d'oscillateurs harmoniques, par exemple ceux décrivant l'oscillation des atomes aux nœuds d'un réseau cristallin ou les fluctuations d'un champ quantique, cela se traduit par l'apparition d'une énergie minimale, la fameuse énergie du point zéro. La gravité, une force émergente d’origine entropique.

L’attraction gravitationnelle est une force mystérieuse qui pose bien des ennuis aux physiciens théoriciens.

La gravité, une force émergente d’origine entropique

Dans un papier récent [1] qui fait le buzz dans la communauté, Erik Verlinde propose une hypothèse audacieuse : la gravité ne serait pas une force fondamentale, mais un phénomène émergent ayant pour origine la propension qu’a tout système physique à maximiser son entropie. L’exemple des forces de pression Quand on considère les forces qui s’exercent sur un objet, certaines sont l’expression macroscopique de forces bien identifiées à l’échelle microscopique, comme par exemple l’interaction électrostatique.

D’autres en revanche sont la manifestation d’effets thermodynamiques, sans correspondance directe au niveau microscopique. L’exemple le plus simple, c’est la pression d’un gaz ! Everything You Should Know About Sound. Voyage au centre de la Terre. Connaissez-vous la structure de la Terre ?

Voyage au centre de la Terre

Pour ma part, je pensais avoir une idée raisonnable sur cette question, mais je me suis rendu compte en préparant ce billet que quelques unes de mes conceptions étaient totalement fausses ! J’ai aussi été frappé par le nombre de choses que l’on peut apprendre sur ce qu’il y a à l’intérieur de notre planète, alors que contrairement aux héros de Jules Verne, nous n’y avons jamais mis les pieds ! Alors croûte, manteau et noyau : voyons ce que l’on sait actuellement de la structure interne de notre bonne vieille Terre. Sans Einstein, pas de GPS ! [Quoique…]

En ce moment où l’on parle beaucoup de valorisation de la recherche, le grand public peut parfois s’interroger sur les retombées technologiques de certaines recherches très fondamentales. Et pourtant les exemples ne manquent pas, à commencer par la mécanique quantique sans laquelle l’électronique et l’informatique n’existeraient pas !

Mais aujourd’hui, je voudrais évoquer le cas de la théorie de la relativité générale. Car cette théorie – qui nous permet de comprendre ce qu’est un trou noir ou comment s’est déroulé le big-bang – joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du GPS. [Edit du 25/04/2013 : Suite à une discussion en commentaire, on m’a fait remarquer que la méthode actuelle de compensation des horloges GPS n’utilise en fait PAS les formules issues des théories d’Einstein. Si le fait que les effets relativistes ‘perturbent’ le GPS est incontestable, il est donc faux de dire que sans la relativité le GPS ne pourrait pas fonctionner. Why is the sky blue?

Fluide supercritique. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. Supercritique, en physique-chimie, est l'état de la matière lorsqu'elle est soumise à une forte pression ou température. On parle de fluide supercritique lorsqu'un fluide est chauffé au-delà de sa température critique et lorsqu'il est comprimé au-dessus de sa pression critique. Cet état de la matière a été découvert en 1822 par Charles Cagniard de Latour. Les propriétés physiques d'un fluide supercritique (densité, viscosité, diffusivité) sont intermédiaires entre celles des liquides et celles des gaz. Le dioxyde de carbone supercritique est assez courant en raison de sa facilité d'obtention (température critique 31 °C, pression critique 73 bars) et de ses propriétés économiques et écologiques intéressantes (non inflammable, non toxique, relativement peu cher et sans coût d'élimination comparativement aux solvants organiques).