Le Blog de Lazare

Consternés, les chercheurs du Cnrs et du Cern cherchent l’erreur : « On a passé six mois à refaire tout de zéro », a expliqué Dario Autiero, chercheur à l'Institut de physique nucléaire de Lyon et responsable de l'analyse des mesures d'Opera. « Tout » ?... Tout effectivement : du recalibrage des instruments de mesure par les plus grands experts indépendants, vérification des relevés topographiques, du tunnel à particules... même la dérive des continents et le séisme dévastateur de L'Aquila ont été pris en compte.

Et les vérifications ne sont pas terminées : « Compte tenu de l'énorme impact qu'un tel résultat pourrait avoir pour la physique, des mesures indépendantes s'avèrent nécessaires afin que l'effet observé puisse être réfuté ou bien formellement établi », souligne le Centre national de recherche scientifique, poursuivant : « C'est pourquoi les chercheurs de la collaboration Opera ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens, pour vérifier les données, avec un système complètement différent » et l'ont publié.

Einstein se serait-il trompé ? Pas forcément ! …

Alors, ... que cela impliquerait-il si une telle découverte si elle se confirmait ? En fait, les implications défient encore la compréhension comme l’explique le directeur du Laboratoire Astroparticules et cosmologie à Paris, Pierre Binetruy : « Cela peut vouloir dire que des particules ont trouvé un raccourci dans une autre dimension », et donc qu'il existerait dans l'univers davantage que les quatre dimensions (les trois dimensions dans l'espace auxquelles s'ajoute celle du temps).

« Il se peut aussi que la vitesse de la lumière ne soit pas la vitesse limite, explique Stavros Katsanevas, directeur adjoint de l'Institut de physique nucléaire, tout en soulignant que : le record battu par le neutrino ne signifierait pas forcément qu'Einstein s'est trompé. Einstein n'a pas prouvé que Newton avait tort, il a trouvé une théorie plus générale [qui s'est superposée à celle de Newton]. Newton est correct quand la vitesse est petite par rapport à celle de la lumière ».

Cette découverte d'Opera exalte les physiciens car elle ouvre de nouveaux champs de recherche : elle pourrait signifier que la théorie d'Einstein « est valable dans certains domaines mais qu'il existe une théorie encore plus globale, comme des poupées russes (...). », a souligné Pierre Binetruy.

Tout en se réjouissant des nouvelles perspectives qui s'offrent à eux, les physiciens appellent donc encore à la plus grande « prudence », insiste Dario Autiero.

•  Les résultats publiés par le Cern et le Cnrs sont le fruit de trois ans de données et de l'observation de plus de 15.000 neutrinos, avec une marge d'erreur record de seulement 10 milliardièmes de seconde.
• Le projet Minos, aux Etats-Unis, était déjà parvenu voici quelques années, entre le Fermilab de Chicago et une mine proche de la frontière canadienne, à un résultat similaire à celui d'Opera. A l'époque, la marge d'erreur était jugée trop importante pour que la mesure soit recevable. Les chercheurs américains planchent désormais sur une nouvelle expérience d'une précision sans précédent. Elle devrait aboutir d'ici à environ trois ans, selon Stavros Katsanevas.

Pour en savoir plus :

On vous propose de découvrir une expérience surprenante, durant laquelle l’eau va se prêter à un jeu étrange sous l’effet de vibrations sonores : créer l’illusion qu’elle se fige, voir qu’elle remonte le temps…
Voilà une expérience à laquelle n’importe qui peut se prêter. Pour cela, il suffit de s’équiper d’un seau d’eau, d’un subwoofer, d’un tube en plastique, d’un caisson de basses et d’une caméra pour obtenir un résultat étonnant : créer l’illusion de faire remonter les gouttelettes d’eau, voire de stopper le mouvement de l’eau, alors qu’elle n’a jamais cessé de couler ! Les vibrations sonores ont la particularité de créer des formes géométriques d’une grande variété. Le son est alors transcrit en formes. Pour arriver à cela, l’onde générée par le caisson (24 Hz), est sur la même fréquence que l’enregistrement (24 fps). Et même si tout ceci s’explique, ça n’en reste pas moins fascinant et surprenant !

Source : http://www.neotrouve.com

La mécanique quantique nous apprend que les photons – ces grains de lumière – sont des bosons, c'est-à-dire des particules avec un spin entier, contrairement aux grains de matière que sont électrons, quarks et neutrinos (il s'agit quant à eux de fermions avec un spin demi-entier). Pourtant, comme viennent de le montrer des chercheurs, dans certaines situations, les photons peuvent posséder également un moment cinétique demi-entier… toujours selon les lois de la physique quantique.

Des chercheurs irlandais viennent de mettre en évidence une nouvelle forme de lumière. Ici, un laser à hélium-néon semblable à celui qui leur a permis de vérifier une prédiction de la mécanique quantique datant des années 1980. © noomoahk, CC by 3.0

Depuis les travaux de Fresnel, et plus encore ceux de Maxwell et Hertz, on sait que la lumière peut être considérée comme une onde qui oscille transversalement à sa direction de propagation. Cela implique qu'elle peut être polarisée. En effet, perpendiculairement à la direction de propagation d’un rayon lumineux, il existe un vecteur champ électrique que l’on peut considérer comme une flèche ; il peut, par exemple, tourner selon deux sens en gardant son extrémité sur un cercle. On parle alors de polarisation circulaire car l’onde ferait tourner une charge électrique la dotant d’un moment cinétique.

Dans le cadre de la théorie quantique de la lumière, on peut associer ce vecteur au moment cinétique des photons de l’onde de lumière à une fréquence donnée. C’est d’ailleurs pour cette raison que l’on parle de la polarisation d’un photon.

Ce moment cinétique propre à un grain de lumière s’appelle aussi le spin. En l’occurrence, il ne peut prendre comme valeur qu’un multiple entier de la fameuse constante de Planck, plus précisément 1. Pour l’onde de matière d’un électron, ce spin serait demi-entier, plus exactement ½ dans la même unité.

William Rowan Hamilton (1805-1865) est l'un des plus grands mathématiciens. Découvreur des quaternions, il a aussi posé les bases mathématiques d'une théorie de la lumière et de la mécanique qui ont permis à Schrödinger de découvrir sa célèbre équation en mécanique ondulatoire. © via Wikipédia, DP

Un moment cinétique propre et un moment orbital pour les photons

Cependant, il existe une autre façon pour un champ électromagnétique de transporter du moment cinétique. Avec le premier mode (celui reposant sur la polarisation), le front d’onde accompagnant la propagation selon un rayon lumineux reste fixe par rapport à sa direction de propagation. Un second mode existe où le front est en quelque sorte en rotation par rapport à la direction de propagation.

Si l’on considère un rayon lumineux un peu comme un jet d’eau en rotation mais se propageant normalement de façon rectiligne, c’est un peu comme si le second mode de transfert du moment cinétique était associé à la propagation d’un rayon qui serait tordu et en spirale comme un tire-bouchon. On parle alors d’onde portant un moment angulaire orbital (OAM pour Orbital Angular Momentum, en anglais). Une autre analogie peut aider à comprendre ces distinctions entre les différentes façons pour une onde d’avoir un moment cinétique : celui de la Terre en rotation peut être appelé son spin, comme pour un photon, alors que le mouvement de révolution de la Terre autour du soleil lui confère un moment angulaire orbital.

Un groupe de chercheurs du Trinity College, à Dublin, a examiné de plus près cette décomposition possible du moment cinétique total de la lumière en spin et moment angulaire orbital dans le cadre de la théorie quantique. Les physiciens expliquent leurs travaux dans un article paru dans Science.

Ils se sont appuyés sur une découverte des années 1830 faite par le grand mathématicien irlandais William Rowan Hamilton alors qu’il travaillait sur la théorie de la lumière et ses connexions avec la mécanique des particules. Des décennies plus tard, son compatriote, le physicien Humphrey Lloyd, vérifia expérimentalement sa théorie de la réfraction conique concernant la façon dont la lumière est courbée lors d'un passage à travers un cristal biaxial. Cela revient à produire une sorte d’onde OAM.

À présent, grâce au laser, ce phénomène vient de permettre aux physiciens de montrer que tout se passe comme si les photons n’avaient plus un spin entier mais un spin demi-entier en jouant sur la composante du moment cinétique orbital de la lumière laser. L’effet avait été prédit dès les années 1980 mais c’est la première fois que son existence est prouvée.

Laurent Sacco, Futura-Sciences

Les politiciens vous diront toujours « trois choses ». Il y a la thèse l’antithèse et la synthèse. Les catastrophes vont souvent par trois, jamais 2 sans 3 dit l’adage. Les Romains croyaient trois était le nombre ultime: « Omne trium perfectum » était leur mantra – tout ce qui vient par trois est parfait, idée reprise dans le christianisme (Trinité) et bon nombre d’autres religions. La mythologie hindoue par exemple se fonde sur une trinité : -Brahma, responsable de la création -Vishnu, responsable du maintien -Shiva, responsable de la destruction La particularité de la mythologie hindoue réside dans le pragmatisme de cette trinité. Ces 3 visages de l’éternité influent directement sur le destin humain, en se manifestant dans la dimension temporelle Maintenant, il semblerait que Mère Nature fonctionne aussi sur selon le modèle du trois. Surtout à l’orée de la physique – la mécanique quantique. C’est un physicien nucléaire soviétique proposé l’idée dans les années 1970 mais il a été accueillie avec dérision. Pendant 45 ans, les sceptiques ont tenté de discrédite la théorie de Vitaly Efimov et de mettre en défaut ses équations. Ils ont échoué; et sa théorie « bizarre » est maintenant sur le point d’être prouvé. Efimov estime qu’un ensembles de trois particules pourraient se ranger dans un modèle infini en couches et cela aide à déterminer la composition de la matière elle-même. Les avancées technologiques permettent maintenant à ces groupes de trois particules quantiques à être étudiés et manipulés. L’état quantique – maintenant connu comme « l’état d’Efimov » – n’est visible que dans des conditions extrêmement froides. Question, lorsqu’ils sont refroidis à quelques milliardièmes de degré au-dessus du zéro absolu, elle se comportent de façon étrange. Si vous voulez les détails techniques, lire l’article de Quanta Magazine qui examine les travaux de recherche récents . Mais le comportement des trios de particules est parfaitement résumée par le commentaire de professeur de physique Randy Hulet: «C’est comme les couches d’un oignon …. Vous voyez des molécules à une couche. Pelez la couche suivante, et vous voyez qu’il y a une molécule il 22,7 fois plus petite. Trois groupes de recherche indépendants dans trois pays différents ont maintenant montré que les prédictions de Efimov soient correctes. Le résultat: Nous sommes maintenant sur le point d’une meilleure compréhension de la façon dont fonctionne l’univers. Il est tout au sujet d’une progression de poupée de style russe des trios de particules, qui s’étend à l’infini de l’échelle quantique minuscule à celle de l’univers – et au-delà. C’est aussi un aperçu de la façon dont le monde fou de particules quantiques se transforme dans l’univers prévisible que nous habitons. «Nous sommes très heureux de ce résultat », a déclaré un chercheur. «Dans le monde moléculaire complexe, il y a une nouvelle loi. »

http://www.news.com.au/technology/science/physics-has-a-law-that-explains-everything-and-its-brought-to-you-by-the-number-three/story-fn5fsgyc-1226937146601

Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à réduire la vitesse de photons se déplaçant dans le vide. Une expérience totalement inédite.

Les physiciens le savent depuis longtemps : la vitesse de la lumière peut être ralentie lorsqu'elle est diffusée à travers des matériaux comme le verre ou l'eau. En revanche, nul n'était jusqu'ici parvenu à ralentir la lumière lorsqu'elle se déplace dans le vide, où sa vitesse a toujours été considérée comme fixe. Jusqu'à la tenue d'une expérience inédite, menée par des physiciens écossais, et publiée le 22 janvier 2015 dans la revue Science...

Quelle est la nature exacte de la prouesse réalisée par ces chercheurs écossais ? Pour comprendre, il faut d'abord rappeler que la lumière est constituée de photons, qui sont en quelque sorte les "particules élémentaires" de la lumière (un photon est la particule qui transporte la plus petite quantité d'énergie, indivisible, d'un faiseau de lumière).

Et c'est précisément en agissant sur les photons que ces scientifiques écossais sont parvenus à réduire la vitesse de déplacement de la lumière dans le vide. Pour cela, ils ont conçu un "masque", chargé de modifier la structure spatiale de la lumière passant à l'intérieur.

Puis ces chercheurs ont émis des photons de lumière depuis deux émetteurs de lulmière localisés à deux endroits différents, en direction d'un détecteur situé à une distance strictement identique de ces deux émetteurs (la "ligne d'arrivée", en quelque sorte). A la sortie de l'un des deux émetteurs, le fameux masque avait été apposé, ce qui obligeait les photons à passer par ce dernier avant de se diriger vers le récepteur.

Résultat ? Pour deux photons émis exactement au même moment par l'un et l'autre des deux émetteurs de lumière, celui ayant transité par le masque est arrivé au récepteur après l'autre...

Il faut bien comprendre que cette expérience est très différente d'une manipulation consistant à faire passer des photons de lumière dans du verre par exemple, à l'intérieur duquel on sait que leur vitesse s'en trouvera ralentie, mais qui retrouveront leur vitesse habituelle de déplacement dans le vide une fois "sortis" du matériau de verre. Ici, le phénomène est très différent puisque, même lorsqu'ils ont franchi le masque, les photons ne retrouvent pas leur vitesse habituelle de déplacement dans le vide : au contraire, leur vitesse continue d'être amoindrie, bien que se déplaçant dans le vide.

Ces travaux ont été publiés le 22 janvier 2015 dans la revue Science, sous le titre"Spatially structured photons that travel in free space slower than the speed of light"

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