échelle de la quête

Le but de la science est de découvrir comment le monde fonctionne, de rechercher et discerner les constantes, de pénétrer les liens entre les choses - depuis les particules subatomiques, peut-être être les constituants de toute matière, aux organismes vivants, à la communauté sociale humaine et, de là, au cosmos dans son ensemble.

Auteur: Sagan Carl

Info: Le cerveau de Broca : Reflections on the Romance of Science (1979, 1986), 15

[ de l'électron à l'univers ] [ du neutrino aux hypervers ] [ du méson aux multivers ] [ espace absolu ]

visualisation

J'ai découvert que la principale capacité à avoir était une façon visuelle, et aussi presque tactile, d'imaginer les situations physiques, plutôt qu'une image simplement logique des problèmes. ... Très vite, j'ai découvert que si l'on ne ressent pas plus d'une douzaine... de radiations et de constantes nucléaires, on peut imaginer le monde subatomique de manière presque tangible et manipuler l'image de manière dimensionnelle et qualitative, avant de calculer des relations plus précises. 

Auteur: Ulam Stanislaw

Info: Aventures d'un mathématicien (1976), 147

[ représentation ]

solipsismes orthogonaux

Le monde sous jacent, bytié, neutre... mystère d'où nous surgissons... est nécessairement insaisissable et indéterministe.

Prérequis indispensable pour permettre l'apparition de nous autres, idiosyncrates singuliers... dotés de libre arbitre.

Si le mystère créateur qui nous fait exister était totalement déterministe cette liberté, ou marge de manoeuvre de chacun d'entre nous, ne serait pas possible.

Conséquence, même si la source est véritablement neutre et donc déterministe, ce qui est manifesté, la réalité - priméité, réel, univers commun, etc. - ne pourra jamais générer un cosmos anthropique totalement consensuel dans la mesure où chaque émergence-singularité biologique dont nous sommes un exemplaire, étant miroir-original-unique de son environnement (un peu comme un flocon de neige), ne peut témoigner autrement de ce réel admis qu'en le modifiant, plus ou moins légèrement, par une diffraction qui marque son individualité. 

C'est peut-être en ce sens que la recherche du consensus scientifique absolu, sur lequel semblent butter bien des quêtes de théoriciens quantiques, ressemblera pour bien longtemps encore à un cul-de-sac. 

Il se pourrait que pour en sortir une nouvelle approche spirituelle (sur base d'égoïsmes métaphysiques ?) soit nécessaire.

Auteur: Mg

Info: 23 mai 2023

[ spéculation ] [ perspectivisme ] [ non subatomique ] [ autonomie personnelle ] [ croyance propre ]

idiome définitif

Tegmark soutient que "notre univers n'est pas seulement décrit par les mathématiques - il est les mathématiques" [c'est nous qui soulignons]. Son argumentation part de l'hypothèse peu controversée de l'existence d'une réalité physique externe indépendante des êtres humains. Il examine ensuite ce que pourrait être la nature de la théorie ultime d'une telle réalité (ce que les physiciens appellent la "théorie du tout"). Puisque ce monde physique est entièrement indépendant des humains, soutient Tegmark, sa description doit être exempte de tout "bagage" humain (par exemple, le langage des hommes en particulier). En d'autres termes, la théorie finale ne peut inclure aucun concept tel que "particules subatomiques", "cordes vibrantes", "espace-temps déformé" ou autres constructions conçues par l'homme. À partir de cette intuition présumée, Tegmark conclut que la seule description possible du cosmos est celle qui n'implique que des concepts abstraits et des relations entre eux, ce qu'il considère comme la définition pratique des mathématiques.

(...)

Malheureusement, je ne trouve pas que le raisonnement de Tegmark soit extrêmement convaincant. Le saut de l'existence d'une réalité extérieure (indépendante de l'homme) à la conclusion que, selon les mots de Tegmark, "Vous devez croire en ce que j'appelle l'hypothèse de l'univers mathématique : que notre réalité physique est une structure mathématique", implique, à mon avis, un tour de passe-passe. Lorsque Tegmark tente de caractériser ce que sont réellement les mathématiques, il dit : "Pour un logicien moderne, une structure mathématique est précisément ceci : un ensemble d'entités abstraites avec des relations entre elles." Mais ce logicien moderne est humain ! En d'autres termes, Tegmark ne prouve jamais vraiment que nos mathématiques ne sont pas inventées par les humains ; il le suppose simplement. De plus, comme l'a souligné le neurobiologiste français Jean-Pierre Changeux en réponse à une affirmation similaire : "Prétendre à une réalité physique des objets mathématiques, sur un plan comparable à celui des phénomènes naturels que nous étudions en biologie, nous pose, semble-t-il, un problème épistémologique préoccupant."

Auteur: Livio Mario

Info: Dieu est-il un mathématicien ?

[ codage dernier ] [ physicien-sur-physicien ] [ programme de langlands ]

nano-monde

Quelle est cette physique inconnue soulevée par le LHC ?

Une équipe internationale de chercheurs a observé pour la première fois une forme de désintégration inédite du boson de Higgs, jetant un éclairage nouveau sur les mystères de l'Univers et suggérant l'existence de phénomènes physiques encore inexplorés. Cette découverte, fruit de l'analyse de données recueillies lors des collisions de protons au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN, marque un pas de géant dans notre compréhension du monde subatomique.

Le boson de Higgs, une particule élémentaire prédite dans les années 1960 et découverte avec certitude en 2012, joue un rôle crucial dans le Modèle standard de la physique des particules. Il est associé à un champ, omniprésent dans l'Univers, qui confère leur masse aux autres particules. Sa capacité à interagir avec diverses particules et champs avait été mesurée avec précision, confirmant les prédictions jusqu'à présent.

L'observation récente concerne une désintégration du boson de Higgs en un photon, ou quantum de lumière, et un boson Z, une particule sans charge électrique impliquée dans la transmission de la force faible, l'une des quatre forces fondamentales de l'Univers. Selon la théorie, ce processus est extrêmement rare, survenant environ 15 fois sur 10 000 désintégrations. Toutefois, les données recueillies par les collaborations ATLAS et CMS montrent un taux de désintégration supérieur, à 34 occurrences pour 10 000, ce qui soulève des questions sur la possibilité de nouvelles particules ou forces au-delà du Modèle standard.

Cette différence notable par rapport aux prédictions théoriques, bien qu'encore insuffisante pour exclure une fluctuation statistique, suggère la possibilité d'une nouvelle physique. Elle ouvre notamment la porte à des théories telles que la supersymétrie, qui propose une relation entre les particules de demi-spin et de spin entier, offrant des réponses potentielles à certaines des grandes énigmes de la physique, comme la nature de la matière noire et l'énorme écart entre les forces faible et gravitationnelle.

La détection de cette désintégration a nécessité une analyse minutieuse des résultats des collisions de protons au LHC, où les scientifiques ont dû compenser l'incapacité à observer directement le boson Z en mesurant l'énergie des électrons ou des muons produits lors de sa désintégration. Cette prouesse technique souligne l'extraordinaire précision avec laquelle les physiciens peuvent aujourd'hui tester les fondements de notre compréhension de l'Univers.

Les chercheurs se tournent désormais vers l'avenir, avec l'anticipation de données encore plus précises provenant de la prochaine phase du LHC et du futur Grand Collisionneur de Hadrons à haute luminosité, promettant des découvertes sur la structure fondamentale de la matière.

 

Auteur: Internet

Info: https://www.techno-science.net/,  Adrien le 18/02/2024, Source: Physical Review Letters

[ physique fondamentale ] [ infra-monde ]

monde subatomique

Des physiciens comprennent enfin pourquoi l’interaction forte est si tenace 

Il existe quatre forces fondamentales : la force de gravité, l’électromagnétisme, l’interaction faible et l’interaction (ou force) forte. Cette dernière est la plus intense. L’interaction forte agit en liant les quarks au sein des protons et des neutrons. Elle maintient ainsi les nucléons ensemble pour former des noyaux atomiques. La force forte est jusqu’à 100 000 milliards de milliards de fois plus intense que la force de gravité. Malgré cette intensité, elle est relativement peu comprise, par rapport aux autres forces. Récemment, des chercheurs ont percé l’un des mystères de l’interaction forte expliquant sa ténacité et sont notamment parvenus à la mesurer de façon plus précise.

L’interaction forte est quantifiée par la constante de couplage (que les auteurs de l’étude choisissent d’appeler simplement " couplage "), notée αs (alpha s). Il s’agit d’un paramètre fondamental dans la théorie de la chromodynamique quantique (QCD).

La difficulté de la mesure de αs réside principalement dans sa nature très variable : plus deux quarks sont éloignés, plus le couplage est élevé, et plus l’attraction entre eux devient forte. À des distances faibles, où αs est encore faible, les physiciens parviennent à appliquer des méthodes de calcul basique pour déterminer le couplage. Cependant, ces techniques deviennent inefficaces à des distances plus importantes. Dans une nouvelle étude, des physiciens ont ainsi réussi à appliquer de nouvelles méthodes pour mieux déterminer αs à des distances plus importantes. 

Un calcul basé sur l’intégrale de Bjorken

Poussé par sa curiosité, l’un des chercheurs a testé l’utilisation de l’intégrale de Bjorken pour prédire αs sur de longues distances. Cette méthode permet de définir des paramètres relatifs à la rotation de la structure des nucléons et ainsi de calculer le couplage de la force forte à courte distance. Le scientifique ne s’attendait donc pas à faire une découverte de ce calibre en faisant cet essai. Pourtant, contre toute attente, ses résultats ont montré qu’à un moment donné, αs cesse d’augmenter pour devenir constant. Il a ainsi partagé ses découvertes avec son mentor qui avait, lui aussi, obtenu des résultats similaires dans des travaux antérieurs.

 " Ce fut une chance, car même si personne ne s’en était encore rendu compte, l’intégrale de Bjorken est particulièrement adaptée aux calculs de αs sur de longues distances ", déclarent les chercheurs dans un article du Scientific American. Les résultats ont été présentés lors de diverses conférences de physique, durant l’une desquelles l’auteur principal a rencontré un autre physicien, Stanley Brodsky, qui aurait appuyé les résultats obtenus.

Une méthode par holographie

En parallèle à cette découverte, d’autres physiciens ont travaillé sur la mise au point d’une autre méthode de calcul de αs sur de longues distances, qu’ils ont appelée " holographie du front lumineux ". L’holographie est une technique mathématique qui a initialement été développée dans le contexte de la théorie des cordes et de la physique des trous noirs.

Cependant, en physique des particules, elle sert à modéliser des phénomènes en quatre dimensions (incluant les trois dimensions spatiales et une dimension temporelle) en se basant sur des calculs effectués dans un espace à cinq dimensions. Dans cette méthode, la cinquième dimension n’est pas nécessairement une dimension physique réelle, mais peut servir d’outil mathématique pour faciliter les calculs. L’idée est que certaines équations complexes en quatre dimensions peuvent devenir plus simples ou plus intuitives quand elles sont envisagées dans un espace à cinq dimensions.

Auteur: Internet

Info: https://trustmyscience.com/ - Miotisoa Randrianarisoa & J. Paiano·15 avril 2024

[ gluons ] [ force de cohésion nucléaire ]

métaphysique

Les idées très développées de Bohm sur la globalité sont les plus étonnantes de toutes. Parce que tout dans le cosmos est fait du tissu holographique sans couture de l'ordre implicite, il pense qu'il est aussi insensé de considérer l'univers comme composé de "parties" que de considérer les différents geysers d'une fontaine comme séparés de l'eau dont ils jaillissent. Un électron n'est pas une "particule élémentaire". "C'est juste un nom donné à un certain aspect de l'holomouvement. Diviser la réalité en parties et ensuite les nommer est toujours arbitraire, une convention, parce que les particules subatomiques, et tout le reste de l'univers, ne sont pas plus séparés les uns des autres que les différents motifs d'un tapis ouvragé. C'est une suggestion profonde. Dans sa théorie générale de la relativité, Einstein stupéfia le monde en affirmant que l'espace et le temps ne sont pas des entités distinctes, mais sont liés de manière fluide et font partie d'un ensemble plus vaste qu'il a appelé le continuum espace-temps. Bohm pousse cette idée un pas de géant plus loin. Il affirme que tout dans l'univers fait partie d'un continuum. Malgré l'apparente séparation des choses au plan analytique, tout est une extension sans faille de tout le reste, et en fin de compte, même les ordres implicite et explicite se fondent l'un dans l'autre. Prenez un moment pour considérer ceci. Regardez votre main. Maintenant, regardez la lumière qui s'écoule de la lampe à côté de vous. Et regardez le chien qui se repose à vos pieds. Vous n'êtes pas simplement faits des mêmes choses. Vous êtes la même chose. Une seule chose. Ininterrompue. Une chose énorme qui a déployé ses innombrables bras et appendices dans tous les objets apparents, atomes, océans agités et étoiles scintillantes du cosmos. Bohm prévient que cela ne signifie pas que l'univers soit une masse géante indifférenciée. Les choses peuvent faire partie d'un tout indivisible tout en possédant leurs propres qualités spécifiques. Pour illustrer ce qu'il veut dire, il évoque les petits tourbillons qui se forment souvent dans une rivière. À première vue, ces tourbillons semblent être des choses distinctes et possèdent de nombreuses caractéristiques individuelles telles que la taille, la vitesse et la direction de rotation, etc. Mais un examen attentif révèle qu'il est impossible de déterminer où un tourbillon donné se termine et où la rivière commence. Ainsi, Bohm ne suggère pas que les différences entre les "choses" soient dénuées de sens. Il veut simplement que nous soyons constamment conscients que la division des divers aspects de l'holo-mouvement en "parties" est toujours une abstraction, manière de faire ressortir ces aspects dans notre perception via nos manières de voir ou façons de penser. Pour tenter de corriger cela, au lieu d'appeler les différents aspects de l'holo mouvement "choses", il préfère les nommer "sous-totalités relativement indépendantes". 

En effet, Bohm pense que notre tendance quasi universelle à fragmenter le monde et à ignorer l'interconnexion dynamique de toutes les choses est responsable d'un grand nombre de nos problèmes, non seulement en science mais aussi dans nos vies et notre société. Par exemple, nous croyons que nous pouvons extraire les parties précieuses de la terre sans affecter l'ensemble. Nous croyons qu'il est possible de traiter certaines parties de notre corps sans se préoccuper de l'ensemble. Nous pensons qu'il est possible de traiter divers problèmes de nos communautés, tels que la criminalité, la pauvreté et la toxicomanie, sans se préoccuper des problèmes de notre société dans son ensemble, et ainsi de suite. Dans ses écrits, Bohm soutient avec passion que notre façon actuelle de fragmenter le monde en parties non seulement ne fonctionne pas, mais pourrait même conduire à notre extinction.

Auteur: Talbot Michael Coleman

Info: The Holographic Universe. L'intégralité indivise de toutes les choses

[ source indiscriminée ]

conjecture scientifique

L’Univers pourrait être dominé par des tachyons, des particules se déplaçant plus vite que la lumière

 (Photo : Une délicate sphère de gaz créée par une onde de souffle de supernova à 160 000 années-lumière de la Terre.)

Dans un article préliminaire récent, deux physiciens avancent une proposition qui pourrait révolutionner notre compréhension de l’Univers. Leur théorie audacieuse suggère que notre cosmos pourrait être gouverné par des particules hypothétiques appelées tachyons qui se déplacent toujours plus vite que la lumière.

L’hypothèse des tachyons

Dans le monde fascinant de la physique théorique où les frontières de la connaissance sont sans cesse repoussées, la quête pour comprendre les mystères de l’Univers est incessante. Récemment, deux physiciens ont par exemple fait une proposition audacieuse qui pourrait potentiellement transformer notre vision fondamentale de l’Univers : l’hypothèse des tachyons. Selon la théorie, il s’agirait de particules hypothétiques qui se déplacent toujours plus vite que la lumière.

Bien que leur existence soit largement contestée et contredite par les principes de la relativité restreinte, qui dit qu’aucune particule dotée de masse ne peut voyager à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans le vide, les tachyons continuent de susciter l’intérêt des chercheurs en raison de leur potentiel à repousser les frontières de notre compréhension.

Comment leur présence pourrait-elle changer le monde ?

Les chercheurs avancent plus précisément l’hypothèse audacieuse que les tachyons pourraient jouer un rôle fondamental dans notre compréhension de la composition de l’Univers. Dans ce modèle, ces particules pourraient en effet être la clé pour expliquer deux phénomènes mystérieux : la matière noire et l’énergie noire. La première est une substance invisible qui compose la majorité de la masse de l’Univers observable, mais dont la nature exacte reste largement inconnue. L’énergie noire est quant à elle responsable de l’expansion accélérée de l’univers. Plus précisément, les chercheurs suggèrent que les tachyons pourraient être la véritable identité de la matière noire.

Concernant l’énergie noire, rappelons que les astronomes peuvent mesurer la luminosité intrinsèque des supernovae de type Ia, ce qui leur permet de déterminer leur distance par rapport à la Terre. En comparant cette luminosité apparente à la luminosité intrinsèque attendue d’une supernova de type Ia standard, ils peuvent calculer la distance de la supernova et ainsi estimer la distance de l’objet hôte (généralement une galaxie).

En combinant les mesures de distance de nombreuses supernovae de ce type à différentes distances, les astronomes peuvent alors tracer la relation entre la distance et le taux d’expansion de l’Univers. Dans le cadre de cette étude sur les tachyons, les chercheurs ont appliqué leur modèle cosmologique alternatif aux données observées sur ces supernovae. Il s’est alors avéré que ce dernier était tout aussi cohérent avec ces observations.

En intégrant les tachyons dans leur modèle, les physiciens suggèrent que ces particules pourraient ainsi fournir une explication unifiée à ces deux phénomènes cosmologiques complexes.

Quelles sont les limites de cette théorie ?

Malgré son potentiel révolutionnaire, la théorie des tachyons est confrontée à de nombreuses limites. Tout d’abord, leur existence même est hautement improbable selon les connaissances actuelles de la physique. En effet, la notion de voyager plus vite que la lumière soulève des questions fondamentales sur la causalité et les principes de la relativité. De plus, bien que ce modèle cosmologique puisse expliquer certaines observations, il nécessite encore des tests expérimentaux rigoureux pour être validé.

En conclusion, l’étude des tachyons représente une exploration audacieuse des limites de notre compréhension de l’Univers. Cependant, bien que cette théorie ouvre de nouvelles perspectives fascinantes, elle devra être soumise à un examen minutieux et à des tests rigoureux pour être pleinement acceptée par la communauté scientifique.

Les recherches de l’équipe ont été publiées dans la base de données pré-imprimée arXiv en mars.



 

Auteur: Internet

Info: https://sciencepost.fr/ - Brice Louvet, expert espace et sciences18 avril 2024

[ spéculations ] [ monde subatomique ] [ vitesse supraluminique ] [ effet Tcherenkov ] [ superluminique ]

monde subatomique

Des physiciens ont découvert une force inattendue agissant sur les nanoparticules dans le vide

Ils ont découvert une nouvelle force inattendue qui agit sur les nanoparticules dans le vide, leur permettant d’être poussées par le " néant ".

Bien entendu, la physique quantique commence à préciser que ce " néant ", n’existe pas réellement : même le vide est rempli de petites fluctuations électromagnétiques. Cette nouvelle recherche est une preuve supplémentaire que nous commençons à peine à comprendre les forces étranges qui agissent au plus petit niveau du monde matériel, nous montrant comment le néant peut entraîner un mouvement latéral.

Alors comment est-ce que le vide peut porter une force ? L’une des premières choses que nous apprenons en physique classique est que dans un vide parfait (un lieu donc entièrement dépourvu de matière), la friction ne peut pas exister car l’espace vide ne peut pas exercer une force sur les objets qui le traversent.

Mais ces dernières années, les physiciens spécialisés dans le domaine quantique ont montré que le vide est en réalité rempli par de petites fluctuations électromagnétiques qui peuvent interférer avec l’activité des photons (les particules de lumière), et produire une force considérable sur les objets.

Il s’agit de l’effet Casimir, qui a été prédit en 1948 par le physicien néerlandais Hendrick Casimir*. À présent, la nouvelle étude a démontré que cet effet est encore plus puissant que ce que l’on imaginait auparavant. En effet, ce dernier ne peut être mesuré qu’à l’échelle quantique. Mais comme nous commençons à élaborer des technologies de plus en plus petites, il devient évident que ces effets quantiques pourraient fortement influencer certaines de nos technologies de manière globale.

" Ces études sont importantes car nous développons des nanotechnologies qui travaillent avec des distances et des tailles si petites, que ce type de force peut dominer tout le reste ", explique le chercheur principal Alejandro Manjavacas de l’Université du Nouveau-Mexique, aux États-Unis. " Nous savons que ces forces de Casimir existent, alors ce que nous essayons de faire, c’est de trouver l’impact général qu’elles ont sur de très petites particules ", ajoute-t-il.

Afin de découvrir de quelle manière l’effet Casimir pourrait avoir un impact sur les nanoparticules, l’équipe a analysé ce qui s’est passé avec des nanoparticules tournant près d’une surface plane, dans le vide. Ils ont ensuite découvert que l’effet Casimir pouvait effectivement pousser ces nanoparticules latéralement, même si elles ne touchent pas la surface.

Pour imager la chose, imaginez une minuscule sphère tournant sur une surface qui est constamment bombardée de photons. Alors que les photons ralentissent la rotation de la sphère, ils provoquent également un déplacement de cette dernière dans une direction latérale :

(Photo : En rouge, la rotation de la sphère. En noir, la distance de la sphère par rapport à la surface plane et en bleu, l’effet de Casimir latéral.)

Dans le domaine de la physique classique, il faudrait un frottement entre la sphère et la surface pour atteindre ce type de mouvement latéral, mais le monde quantique ne suit pas les mêmes règles : la sphère peut être poussée sur une surface, même si elle ne la touche pas. " La nanoparticule subit une force latérale comme si elle était en contact avec la surface, bien qu’elle soit en réalité séparée de celle-ci ", explique Manjavacas. " C’est une réaction étrange, mais qui peut avoir un impact considérable pour les ingénieurs ", ajoute-t-il.

Cette nouvelle découverte pourrait bien jouer un rôle important dans la manière dont nous développerons des technologies de plus en plus miniaturisées à l’avenir, y compris des dispositifs tels que les ordinateurs quantiques.

Les chercheurs affirment qu’ils pourraient contrôler la direction de la force en changeant la distance entre la particule et la surface, ce qui pourrait s’avérer utile pour les ingénieurs et les scientifiques travaillant sur des méthodes de manipulation de la matière, à l’échelle nanoscopique. 

L’étude a déjà été publiée dans le Physical Review Letters et les résultats doivent à présent être reproduits et vérifiés par d’autres équipes. Mais le fait que nous ayons maintenant la preuve qu’une nouvelle force intrigante pourrait être utilisée pour diriger des nanoparticules dans le vide est très intéressant et met en lumière un tout nouvel élément du monde quantique et ses forces encore largement incomprises. 



*( L'effet Casimir, prédit en 1948 par le physicien néerlandais Hendrick Casimir, est un phénomène quantique où deux plaques métalliques parfaitement conductrices placées dans le vide s'attirent l'une vers l'autre avec une force inversement proportionnelle au carré de leur distance.12 Cet effet résulte de la pression exercée par les fluctuations quantiques du vide sur les plaques.

Explication de l'effet

Selon la théorie quantique des champs, le vide n'est pas complètement vide mais contient des fluctuations d'énergie sous forme de particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent constamment. Entre deux plaques rapprochées, ces fluctuations sont restreintes par les conditions aux limites imposées par les plaques conductrices. Cela crée une différence de pression de radiation entre l'intérieur et l'extérieur des plaques, générant une force attractive entre elles.

Observation expérimentale

Bien que prédit théoriquement en 1948, l'effet Casimir n'a été observé expérimentalement pour la première fois qu'en 1997, confirmant ainsi l'existence de cette force quantique dans le vide. Cette découverte a renforcé la compréhension de la nature quantique du vide et de ses effets mesurables. (Source : anthropic) 

Auteur: Internet

Info: https://trustmyscience.com/ - Stéphanie Schmidt, 12 avril 2017

[ éther ] [ vacuité source ]

subatomique

Des scientifiques font exploser des atomes avec un laser de Fibonacci pour créer une dimension temporelle "supplémentaire"

Cette technique pourrait être utilisée pour protéger les données des ordinateurs quantiques contre les erreurs.

(Photo avec ce texte : La nouvelle phase a été obtenue en tirant des lasers à 10 ions ytterbium à l'intérieur d'un ordinateur quantique.)

En envoyant une impulsion laser de Fibonacci à des atomes à l'intérieur d'un ordinateur quantique, des physiciens ont créé une phase de la matière totalement nouvelle et étrange, qui se comporte comme si elle avait deux dimensions temporelles.

Cette nouvelle phase de la matière, créée en utilisant des lasers pour agiter rythmiquement un brin de 10 ions d'ytterbium, permet aux scientifiques de stocker des informations d'une manière beaucoup mieux protégée contre les erreurs, ouvrant ainsi la voie à des ordinateurs quantiques capables de conserver des données pendant une longue période sans les déformer. Les chercheurs ont présenté leurs résultats dans un article publié le 20 juillet dans la revue Nature.

L'inclusion d'une dimension temporelle "supplémentaire" théorique "est une façon complètement différente de penser les phases de la matière", a déclaré dans un communiqué l'auteur principal, Philipp Dumitrescu, chercheur au Center for Computational Quantum Physics de l'Institut Flatiron, à New York. "Je travaille sur ces idées théoriques depuis plus de cinq ans, et les voir se concrétiser dans des expériences est passionnant.

Les physiciens n'ont pas cherché à créer une phase dotée d'une dimension temporelle supplémentaire théorique, ni à trouver une méthode permettant d'améliorer le stockage des données quantiques. Ils souhaitaient plutôt créer une nouvelle phase de la matière, une nouvelle forme sous laquelle la matière peut exister, au-delà des formes standard solide, liquide, gazeuse ou plasmatique.

Ils ont entrepris de construire cette nouvelle phase dans le processeur quantique H1 de la société Quantinuum, qui se compose de 10 ions d'ytterbium dans une chambre à vide, contrôlés avec précision par des lasers dans un dispositif connu sous le nom de piège à ions.

Les ordinateurs ordinaires utilisent des bits, c'est-à-dire des 0 et des 1, pour constituer la base de tous les calculs. Les ordinateurs quantiques sont conçus pour utiliser des qubits, qui peuvent également exister dans un état de 0 ou de 1. Mais les similitudes s'arrêtent là. Grâce aux lois étranges du monde quantique, les qubits peuvent exister dans une combinaison, ou superposition, des états 0 et 1 jusqu'au moment où ils sont mesurés, après quoi ils s'effondrent aléatoirement en 0 ou en 1.

Ce comportement étrange est la clé de la puissance de l'informatique quantique, car il permet aux qubits de se lier entre eux par l'intermédiaire de l'intrication quantique, un processus qu'Albert Einstein a baptisé d'"action magique à distance". L'intrication relie deux ou plusieurs qubits entre eux, connectant leurs propriétés de sorte que tout changement dans une particule entraîne un changement dans l'autre, même si elles sont séparées par de grandes distances. Les ordinateurs quantiques sont ainsi capables d'effectuer plusieurs calculs simultanément, ce qui augmente de manière exponentielle leur puissance de traitement par rapport à celle des appareils classiques.

Mais le développement des ordinateurs quantiques est freiné par un gros défaut : les Qubits ne se contentent pas d'interagir et de s'enchevêtrer les uns avec les autres ; comme ils ne peuvent être parfaitement isolés de l'environnement extérieur à l'ordinateur quantique, ils interagissent également avec l'environnement extérieur, ce qui leur fait perdre leurs propriétés quantiques et l'information qu'ils transportent, dans le cadre d'un processus appelé "décohérence".

"Même si tous les atomes sont étroitement contrôlés, ils peuvent perdre leur caractère quantique en communiquant avec leur environnement, en se réchauffant ou en interagissant avec des objets d'une manière imprévue", a déclaré M. Dumitrescu.

Pour contourner ces effets de décohérence gênants et créer une nouvelle phase stable, les physiciens se sont tournés vers un ensemble spécial de phases appelées phases topologiques. L'intrication quantique ne permet pas seulement aux dispositifs quantiques d'encoder des informations à travers les positions singulières et statiques des qubits, mais aussi de les tisser dans les mouvements dynamiques et les interactions de l'ensemble du matériau - dans la forme même, ou topologie, des états intriqués du matériau. Cela crée un qubit "topologique" qui code l'information dans la forme formée par de multiples parties plutôt que dans une seule partie, ce qui rend la phase beaucoup moins susceptible de perdre son information.

L'une des principales caractéristiques du passage d'une phase à une autre est la rupture des symétries physiques, c'est-à-dire l'idée que les lois de la physique sont les mêmes pour un objet en tout point du temps ou de l'espace. En tant que liquide, les molécules d'eau suivent les mêmes lois physiques en tout point de l'espace et dans toutes les directions. Mais si vous refroidissez suffisamment l'eau pour qu'elle se transforme en glace, ses molécules choisiront des points réguliers le long d'une structure cristalline, ou réseau, pour s'y disposer. Soudain, les molécules d'eau ont des points préférés à occuper dans l'espace et laissent les autres points vides ; la symétrie spatiale de l'eau a été spontanément brisée.

La création d'une nouvelle phase topologique à l'intérieur d'un ordinateur quantique repose également sur la rupture de symétrie, mais dans cette nouvelle phase, la symétrie n'est pas brisée dans l'espace, mais dans le temps.

En donnant à chaque ion de la chaîne une secousse périodique avec les lasers, les physiciens voulaient briser la symétrie temporelle continue des ions au repos et imposer leur propre symétrie temporelle - où les qubits restent les mêmes à travers certains intervalles de temps - qui créerait une phase topologique rythmique à travers le matériau.

Mais l'expérience a échoué. Au lieu d'induire une phase topologique à l'abri des effets de décohérence, les impulsions laser régulières ont amplifié le bruit provenant de l'extérieur du système, le détruisant moins d'une seconde et demie après sa mise en marche.

Après avoir reconsidéré l'expérience, les chercheurs ont réalisé que pour créer une phase topologique plus robuste, ils devaient nouer plus d'une symétrie temporelle dans le brin d'ion afin de réduire les risques de brouillage du système. Pour ce faire, ils ont décidé de trouver un modèle d'impulsion qui ne se répète pas de manière simple et régulière, mais qui présente néanmoins une sorte de symétrie supérieure dans le temps.

Cela les a conduits à la séquence de Fibonacci, dans laquelle le nombre suivant de la séquence est créé en additionnant les deux précédents. Alors qu'une simple impulsion laser périodique pourrait simplement alterner entre deux sources laser (A, B, A, B, A, B, etc.), leur nouveau train d'impulsions s'est déroulé en combinant les deux impulsions précédentes (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABAB, ABAABABA, etc.).

Cette pulsation de Fibonacci a créé une symétrie temporelle qui, à l'instar d'un quasi-cristal dans l'espace, est ordonnée sans jamais se répéter. Et tout comme un quasi-cristal, les impulsions de Fibonacci écrasent également un motif de dimension supérieure sur une surface de dimension inférieure. Dans le cas d'un quasi-cristal spatial tel que le carrelage de Penrose, une tranche d'un treillis à cinq dimensions est projetée sur une surface à deux dimensions. Si l'on examine le motif des impulsions de Fibonacci, on constate que deux symétries temporelles théoriques sont aplaties en une seule symétrie physique.

"Le système bénéficie essentiellement d'une symétrie bonus provenant d'une dimension temporelle supplémentaire inexistante", écrivent les chercheurs dans leur déclaration. Le système apparaît comme un matériau qui existe dans une dimension supérieure avec deux dimensions de temps, même si c'est physiquement impossible dans la réalité.

Lorsque l'équipe l'a testé, la nouvelle impulsion quasi-périodique de Fibonacci a créé une phase topographique qui a protégé le système contre la perte de données pendant les 5,5 secondes du test. En effet, ils ont créé une phase immunisée contre la décohérence pendant beaucoup plus longtemps que les autres.

"Avec cette séquence quasi-périodique, il y a une évolution compliquée qui annule toutes les erreurs qui se produisent sur le bord", a déclaré Dumitrescu. "Grâce à cela, le bord reste cohérent d'un point de vue mécanique quantique beaucoup plus longtemps que ce à quoi on s'attendrait.

Bien que les physiciens aient atteint leur objectif, il reste un obstacle à franchir pour que leur phase devienne un outil utile pour les programmeurs quantiques : l'intégrer à l'aspect computationnel de l'informatique quantique afin qu'elle puisse être introduite dans les calculs.

"Nous avons cette application directe et alléchante, mais nous devons trouver un moyen de l'intégrer dans les calculs", a déclaré M. Dumitrescu. "C'est un problème ouvert sur lequel nous travaillons.

 

Auteur: Internet

Info: livesciences.com, Ben Turner, 17 août 2022

[ anions ] [ cations ]