déclaration d'amour

Dans le bungalow, j'ai trouvé un dictionnaire anglais-indonésien, oublié par le précédent occupant Y découvrant des wagons de mots que j'ignorais, j'ai entrepris de composer mille et une façons de dire à Indra qu'elle est belle.
Belle comme un soleil qui a déployé ses feux au premier jour de la terre.
Comme l'éclat d'or qui se prélasse sur les flots à l'approche de certains crépuscules.
Comme un rire d'enfants qui, au détour d'une ruelle, se font offrir par une grande soeur des cornets de glace à la mangue.
Belle comme le chant de ce prince fameux qui renonça à son royaume pour rejoindre la couturière entraperçue dans l'obscurité d'une échoppe.
Comme la coulée de miel qu'une reine des abeilles a offert au gamin qui avait franchi trois précipices et cinq rivières pour trouver son essaim.
Comme la robe tissée de fils d'or et de fumée qu'un misérable et habile artisan offrit à la fille d'un roi pour s'en faire aimer.
Belle comme les tourbillons de sable qui dansent au-dessus des roches brunes, si loin dans le désert que nul homme ne les a jamais vus.
Comme la soie blanche des neiges qui recouvrent les villages en des contrées si loin au nord que celui qui les atteint n'en revient jamais...
Je rédige mes fadaises dans ma tête toute la journée. Le soir, je les lui murmure à l'oreille. Elle m'écoute avec passion, sourire qui tremble aux lèvres, paupières closes, les ailes de ses cils apaisées.

Auteur: Poncet Thierry

Info: Zykë l'aventure

[ transposition ]

papa

Mon fils, quel magnifique mystère que mon fils, si attentif à mes moindres faits et gestes, si prompt à s'enflammer pour ma moindre action un peu spectaculaire mais, à l'instar de ses soeurs, tellement plus secret, caché, abritant, je crois, une spatialité intérieure plus ample, plus sérieuse, plus libre, déjà conscient par instinct de son avenir de combattant destiné - je n'ose écrire franchement, condamné - à séduire, exister. Faire sa place. Ses soeurs, petites boules d'amour chatoyantes, déjà tellement dans leur espace propre de petites dames, confiantes dans l'amour du monde, dans la transmission de la vie, prêtes à se livrer pour leur descendance... appliquées... inquiètes dans leurs certitudes, préparant depuis la nuit des temps le nid à venir... l'oeil aux aguets dans l'attente du prince charmeur car, quand à leur naïveté je suis d'un optimisme convaincu, elles devineront beaucoup et se tromperont rarement.
Elles défensives, lui au contraire, balançant franchement ses petits bras contre la réalité tangible, mettant en place ses capacités de mesure. Comme l'a si bien écrit Gibran, nous ne sommes que les arcs qui projettent les enfants, avec pour simple mission d'envoyer ces flèches d'un relâchement assuré et attentif de la main. Une main inquiète, tu le sais, qui a l'expérience de ces cibles mouvantes aux carreaux indécis, traits fragilisés par une impulsion trop ceci ou trop cela dans un parcours ou entrent en compte de redoutables charmes.
Mon fils, mes filles, quelques-unes parmi je ne sais combien de centaines d'autres millions de graines jetées aux vents. Brises, tourbillons, ouragans, souffles que l'on espère magnanimes mais dispensateurs de sursauts, rafales, tornades, cyclones pédagogiques habilement distribués par le destin. Avec une préférence pour le Zéphyr.

Auteur: Mg

Info: 2002

[ pensée-d'homme ]

sciences

Des bulles de savon pour prévoir l'intensité des ouragans et des typhons ? C'est en partant de cette question qui peut paraître étonnante que des physiciens du Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (CNRS/université de Bordeaux) ont réalisé une expérience pour le moins originale: ils ont utilisé des bulles de savon pour modéliser les écoulements atmosphériques. Résultat: l'étude détaillée de la vitesse de rotation des tourbillons sur les bulles a permis d'en tirer une loi qui régit de façon précise l'évolution de leur intensité et de proposer un modèle simple pour prévoir celle des cyclones.
Ces résultats menés en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de mathématiques de Bordeaux (CNRS/université de Bordeaux/Institut polytechnique de Bordeaux) et une équipe de l'Université de la Réunion viennent d'être publiés dans la revue Nature Scientific Reports.
Prévoir l'intensité ou la force des vents des cyclones tropicaux, typhons ou ouragans est un objectif majeur en météorologie: la vie de centaines de milliers de personnes peut en dépendre. Or, malgré des progrès récents, cette prévision reste difficile à faire car elle fait intervenir de nombreux facteurs liés à la complexité de ces tourbillons géants et à leur interaction avec l'environnement. Une nouvelle piste de recherche vient d'être ouverte par les physiciens du Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (CNRS/Université Bordeaux 1) qui ont réalisé une expérience originale avec... des bulles de savon.
Les chercheurs ont réalisé des simulations d'écoulements sur des bulles de savon, reproduisant la courbure de l'atmosphère et s'approchant le plus possible d'un modèle simple d'écoulements atmosphériques. L'expérience a permis d'obtenir des tourbillons qui ressemblent à des cyclones et dont la vitesse de rotation ou intensité montre une dynamique étonnante: celle-ci commence par être faible au départ ou juste après la naissance du tourbillon puis augmente de façon importante dans le temps. Après cette phase d'intensification, le tourbillon atteint son intensité maximale et amorce ensuite une phase de décroissance.
L'étude détaillée de la vitesse de rotation de ces tourbillons a permis d'en tirer une loi simple qui régit de façon précise l'évolution de leur intensité. Cette loi permet par exemple d'estimer l'intensité maximale que va atteindre le tourbillon et la durée nécessaire pour l'atteindre à partir de son évolution initiale. Cette prévision peut commencer une cinquantaine d'heures après la formation du tourbillon, période représentant à peu près le quart de sa durée de vie pendant laquelle les vitesses des vents s'intensifient.
Les chercheurs ont ensuite voulu vérifier que ces résultats étaient applicables sur de vrais cyclones. En appliquant la même analyse sur près de 150 cyclones de l'océan Pacifique et de l'océan Atlantique, il s'est avéré que cette loi était valable pour ces dépressions météorologiques. Ces travaux de physique proposent donc un modèle simple qui pourrait aider à l'avenir les météorologues à mieux prévoir l'intensité des ouragans.

Auteur: Internet

Info:

[ analogie ]

biophysique

Des forces physiques établissent la forme globale des embryons aux premiers jours du développement

Le mouvement de repli et d'étirement des tissus au moment de la formation de la tête a été suivi avec une très grande précision sur des embryons vivants, au stade exact de formation du pli céphalique par Vincent Fleury du laboratoire de Matière et Systèmes Complexes (CNRS/Université Paris-Diderot-Paris 7). Ces observations révèlent que la formation de l'ébauche de la tête est une conséquence purement physique de la collision des parties gauche et droite de l'embryon qui s'aplatissent l'une contre l'autre comme de la guimauve.

Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue European Physical Journal E. Depuis plusieurs années, un mouvement scientifique se dessine en biologie du développement, qui attribue la morphogenèse des embryons à des mouvements de grande ampleur, se produisant aux premiers jours de développement, quand les embryons sont très petits. Ces mouvements de nature hydrodynamique, établissent la forme globale des animaux, en particulier celle des vertébrés tétrapodes. Les parties de l'animal, établies très tôt en tant que simples ébauches, se développent et grandissent ensuite. Elles se "révèlent" dans la forme finale en conservant le "plan" fixé au début du phénomène. Une question centrale posée est celle du rôle respectif d'instructions génétiques localisées et spécifiques, causant " l'apparition " d'une partie du corps comme, par exemple, la tête ou les pattes et le rôle des grands mouvements de tissu, qui plient et enroulent la matière vivante comme de la pâte à modeler en créant certaines formes par le simple jeu des forces physiques, oeuvrant dans une pâte molle, étirée et enroulée.

En mesurant avec une très grande précision les champs de vitesse au moment exact de la collision Vincent Fleury montre expérimentalement et confirme, par une analyse mathématique des champs de vecteurs, que le mouvement est continu, à vitesse constante pendant l'ensemble du phénomène. La seule discontinuité, massive celle-là, est due à la collision des deux moitiés le long de l'axe dorsal qui ouvre le pli de la tête, comme un drapé de tissu, sous l'effet des contraintes visco-élastiques. Des travaux analogues, en collaboration avec O. Boryskina et Alia Al-Kilani, montrent que des effets semblables se produisent pendant la formation des pattes. Ainsi, ce travail suggère que le simple écoulement de la matière embryonnaire suffit à générer les parties les plus importantes du corps, sans qu'il soit besoin de rétroactions génétiques complexes pour expliquer " l'apparition " soudaine de formes nouvelles au cours de l'évolution.

La forme globale de l'animal et les différences observées le long du corps (tête, dos, queue) et latéralement (membres avant et arrière) seraient une conséquence automatique de la nature hydrodynamique des enroulements de tissu se comportant comme des tourbillons hydrodynamiques entrant en collision, ce qu'on appelle en physique une brisure de symétrie quadripolaire.

Auteur: Fleury Vincent

Info: A change in boundary conditions induces a discontinuity of tissue flow in chicken embryos and the formation of the cephalic fold, Eur. Phys. J. E, 34, 7, 2011. Doi

[ épigénétique ] [ chréode ] [ océanique ] [ tétravalence ]

esprit-matière

Les physiciens quantiques ont montré que les atomes physiques sont constitués de tourbillons d'énergie qui tournent et vibrent en permanence ; chaque atome est comme une toupie bancale qui rayonne de l'énergie. Comme chaque atome a sa propre signature énergétique spécifique (oscillation), les assemblages d'atomes (molécules) rayonnent collectivement leurs propres modèles d'énergie.

Ainsi, chaque structure matérielle de l'univers, y compris vous et moi, rayonne une signature énergétique unique. S'il était théoriquement possible d'observer la composition d'un atome réel avec un microscope, que verrions-nous ? Imaginez un diable de poussière tourbillonnant sur le sol du désert. Maintenant, enlevez-y le sable et la saleté. Ce qu'il vous reste est un tourbillon invisible, une petite tornade. Un certain nombre de vortex d'énergie infiniment petits, semblables à des diables de poussière, appelés quarks et photons, constituent collectivement la structure de l'atome. De loin, l'atome apparaîtra probablement comme une sphère floue. Et plus sa structure se rapproche du foyer, moins l'atome devient clair et distinct. À mesure que la surface de l'atome se rapproche, il disparait. Vous ne voyez plus rien. En fait, si vous vous concentriez sur toute la structure de l'atome, vons constateriez comme un vide physique. L'atome n'a pas de structure physique - l'empereur est nu !

Vous vous souvenez des modèles atomiques qu'on montre à l'école, ceux avec des billes et des roulements à billes qui tournent comme le système solaire ? Mettons cette image à côté de la structure "physique" de l'atome découverte par les physiciens quantiques. Non, il n'y a pas d'erreur ; les atomes sont faits d'énergie invisible, pas de matière tangible ! Ainsi, dans notre monde, la substance matérielle (la matière) existe à partir de quasi rien. 

C'est un peu bizarre quand on y pense. Vous tenez ce livre physique dans vos mains. Pourtant, si vous vous concentriez sur la substance matérielle du livre avec un microscope atomique, vous verriez que vous ne tenez rien. Il s'avère que les étudiants en biologie avaient raison sur un point : l'univers quantique est hallucinant. Examinons de plus près la nature du "maintenant on le voit, maintenant on le voit pas" de la physique quantique. La matière peut être définie à la fois comme un solide (particule) et comme un champ de force immatériel (onde). Lorsque les scientifiques étudient les propriétés physiques des atomes, telles que la masse et le poids, ceux-ci ressemblent et agissent comme la matière physique. Cependant, lorsque ces mêmes atomes sont décrits en termes de potentiels de tension et de longueurs d'onde, ils présentent les qualités et les propriétés de l'énergie (ondes). (Hackermüller, 2003 ; Chapman et Pool 1995)

Le fait que l'énergie et la matière sont une seule et même chose est précisément ce qu'Einstein a reconnu lorsqu'il a conclu que E = mc2. En termes simples, cette équation révèle que l'énergie (E) = matière (m, masse) multipliée par la vitesse de la lumière au carré (c2). Einstein a révélé que nous ne vivons pas dans un univers avec des objets physiques discrets, séparés par un espace mort. L'Univers est un tout indivisible et dynamique dans lequel l'énergie et la matière sont si profondément enchevêtrées qu'il est impossible de les considérer comme des éléments indépendants.

Auteur: Lipton Bruce H.

Info: The Biology of Belief : Libérer la puissance de la conscience, de la matière et des miracles

[ unicité ] [ dualité ]

vieillir

Tu sais, je crois en la magie. Je suis né et j'ai grandi à une époque magique, dans une ville magique, parmi des magiciens. Oh, la plupart des autres ne réalisaient pas que nous vivions dans cette toile féérique, reliés par les filaments d'argent du hasard et des circonstances. Mais je l'ai toujours su. Quand j'avais douze ans, le monde était ma lanterne magique, et à la lueur de cette âme vive, je voyais le passé, le présent et l'avenir. Tu l'as sans doute vécu aussi, mais tu ne t'en souviens pas. Telle est mon opinion : nous commençons tous par connaître la magie. Nous sommes nés avec des tourbillons, des feux de forêt et des comètes en nous. Nous sommes nés capables de chanter aux oiseaux, de lire dans les nuages et de voir notre destin dans les grains de sable. Mais ensuite, la magie est extirpée de nos âmes par l'éducation. On nous l'enlève par l'église, la fessée, le lavage et le peignage. On nous met sur le droit chemin et on nous dit d'être responsables. On nous dit d'agir selon notre âge. On nous dit de grandir, pour l'amour de Dieu. Et tu sais pourquoi on nous dit ça ? Parce que les gens qui nous le disaient avaient peur de notre sauvagerie et de notre jeunesse, et parce que la magie que nous connaissions les rendait honteux et tristes de ce qu'ils avaient laissé dépérir en eux.

Mais une fois qu'on s'en est éloigné, on ne peut plus vraiment la retrouver, ça peut arriver pour quelques secondes. Simplees moments de conscience et de souvenir. Quand les gens pleurent au cinéma, c'est parce que dans cette salle obscure, la source dorée de la magie est effleurée, juste brièvement. Puis ils ressortent sous le dur soleil de la logique et de la raison et ça s'assèche, et ils se retrouvent le coeur brisé sans savoir pourquoi. Lorsqu'une chanson éveille un souvenir, lorsque des grains de poussière tournant dans un rayon de lumière détournent ton attention du monde, lorsque tu écoutes un train passer sur une voie ferrée la nuit au loin et que tu te demande où il peut bien aller, tu dépasse qui tu es et où tu es. Pendant le plus bref des instants, tu as pénétré dans le royaume magique.

C'est ce que je crois.

La vérité de la vie est que, année après année, nous nous éloignons de l'essence qui nous anime depuis le départ. Nous sommes accablés de fardeaux, certains bons, d'autres moins. Des choses nous arrivent. Des êtres chers meurent. Des gens sont victimes d'accidents et deviennent infirmes. Certains s'égarent, pour une raison ou une autre. Ce qui peut facilement arriver, dans ce monde de labyrinthes fous. La vie elle-même fait de son mieux pour nous retirer cette magie initiale. On ne s'en rend pas compte, jusqu'au jour où on sent qu'on a perdu quelque chose, sans savoir trop ce que c'est. C'est comme sourire à une jolie fille et qu'elle t'appelle "monsieur". Voilà comment ça se passe.

Ces souvenirs de qui j'étais et où je vivais sont importants pour moi. Ils constituent une grande partie de ce que je serai à la fin du voyage. J'ai besoin du souvenir de la magie si je dois un jour l'invoquer à nouveau. J'ai besoin de savoir et de me souvenir, et tiens à te le dire.

 

Auteur: McCammon Robert

Info: Boy's Life

[ désillusion ] [ enfance ] [ nostalgie ]

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 ]

nanomonde

Pour la première fois, des physiciens observent des tourbillons d’électrons !

À l’instar de ce tourbillon d’eau, il peut exister des tourbillons d’électrons sous certaines conditions.

Des chercheurs du MIT aux États-Unis et de l’Institut Weismann en Israël ont réussi à apercevoir ce phénomène pour la première fois ! Prévu depuis de longues années, mais jamais observé, ce comportement caractéristique des fluides pourrait servir à la mise au point de systèmes électroniques à très basse consommation.

Qu’est-ce que des tourbillons d’électrons ?

Les tourbillons d’électrons observés par les scientifiques se comportent comme des fluides. Un fluide est constitué de particules pouvant s’écouler librement et peut être un liquide, un gaz et un plasma.

Un fluide est caractérisé par une grande mobilité de ses molécules. Celles-ci peuvent se mouvoir sans être limitées à une position précise comme dans les solides. Bien que tous les fluides soient compressibles, les gaz le sont beaucoup plus que les liquides et les plasmas. Les molécules des fluides sont maintenues entre elles par des forces d’interactions faibles. Elle sont appelées forces de Van der Walls qui assurent leur cohésion au sein du fluide.

L’eau reste le fluide le plus abondant sur Terre capable de s’écouler librement pour former les ruisseaux, les rivières et de vastes étendues d’eau. Telles que les lacs, les mers et les océans par exemple. Ces masses d’eau sont sujettes à la formation de courants, de vagues et de tourbillons.

On pourrait se demander si un courant électrique constitué d’un ensemble d’électrons en mouvement peut se comporter comme un fluide. Dans des conditions normales, les électrons qui sont infiniment plus petits que des molécules d’eau sont influencés par leur environnement. Par exemple le métal qu’ils traversent. Et  ils ne se comportent pas comme un fluide.

Cependant, la théorie prévoit depuis bien longtemps qu’à des températures très basses proches du zéro absolu (-273 °C), les électrons peuvent s’écouler à la manière d’un fluide pour autant que le matériau dans lequel ils circulent soit pur et sans aucun défaut. Jusqu’à aujourd’hui, cette théorie n’avait jamais été observée.

Les électrons peuvent former un fluide visqueux

Normalement, lorsque des électrons circulent au sein d’un matériau conducteur tel qu’un fil de cuivre, ou dans un matériau semi-conducteur comme le silicium, leur trajectoire est influencée par la présence d’impuretés au sein du matériau. Les vibrations des atomes qui composent le matériau conducteur ou semi-conducteur influencent aussi la trajectoire et le déplacement des électrons. Chaque électron se comporte alors comme une particule individuelle.

Par contre, dans un matériau d’une très grande pureté, dans lequel toutes les impuretés auraient été supprimées, les électrons ne se comportent plus comme des particules individuelles. Ils agissent alors comme des particules quantiques, chaque électron captant les comportements quantiques de ses congénères. Les électrons se déplacent ensemble et forment ce que les physiciens appellent un fluide électronique visqueux.

Il y a quelques années des chercheurs de l’université de Manchester en Angleterre avaient déjà prouvé que des électrons étaient capables de se comporter en fluide. Ceci en réalisant une expérience avec du graphène. Ce matériau est un simple feuillet constitué uniquement d’atomes de carbone disposés suivant un motif hexagonal et de l’épaisseur d’un atome. En faisant passer un courant électrique dans un mince canal "creusé" dans ce matériau, ils se sont rendu compte que la conductance des électrons était bien supérieure à la conductance des électrons libres. Les électrons s’écoulaient donc comme un fluide régulier.

L’une des caractéristiques les plus étonnantes d’un fluide comme l’eau est sa capacité à produire un tourbillon lorsqu’elle s’écoule. Les chercheurs du MIT et de l’institut Weismann ont tenté de découvrir si les électrons peuvent aussi s’écouler sous la forme de tourbillons.

Pour le vérifier, les chercheurs ont utilisé du ditelluride de tungstène de formule chimique WTe2, un composé semi-métallique extrêmement pur et présentant des propriétés quantiques lorsqu’il est épais de seulement un atome. Pour effectuer une comparaison avec un métal ordinaire, ils ont utilisé de fines paillettes d’or.

Ils ont gravé dans les fines paillettes de ditelluride de tungstène et dans celles d’or, un fin canal relié, au niveau de la moitié du canal, à deux chambres circulaires situées de part et d’autre du canal. Ces deux systèmes ont ensuite été placés à une température de -268,6 °C, proche du zéro absolu, puis les canaux ont été soumis au passage d’un courant électrique.

En réalisant des mesures en différents points, les chercheurs se sont rendu compte que dans l’or, le flux d’électrons se dirigeait toujours dans la même direction, que ce soit dans les deux chambres adjacentes et dans le canal.

Par contre, dans le ditelluride de tungstène, les électrons se sont mis à former des tourbillons dans les deux chambres circulaires en inversant leur direction. Puis sont revenus dans le canal central.

Ces résultats très encourageants sont probablement le signe d’un nouveau type d’écoulement hydrodynamique dans des cristaux très fin  d’une grande pureté. Cela ouvre la voie à la création de nouveaux dispositifs électronique nécessitant de faibles puissances de fonctionnement.

Auteur: Internet

Info: https://www.science-et-vie.com, 6 fév 2023, Source, revue Nature, juillet 2022 : Aharon-Steinberg, A., Völkl, T., Kaplan, A. et al.,”Direct observation of vortices in an electron fluid », Nature, 607, 74–80 (2022), https://doi.org/10.1038/s41586-022-04794-y

[ fermion(s) ] [ aquosité ] [ hydrodynamique ]

univers protonique

Forces tourbillonnantes et pressions d’écrasement mesurées dans le proton

Des expériences très attendues qui utilisent la lumière pour imiter la gravité révèlent pour la première fois la répartition des énergies, des forces et des pressions à l’intérieur d’une particule subatomique.

(Image : Les forces poussent dans un sens près du centre du proton et dans l’autre sens près de sa surface.)

Les physiciens ont commencé à explorer le proton comme s’il s’agissait d’une planète subatomique. Les cartes en coupe affichent de nouveaux détails de l'intérieur de la particule. Le noyau du proton présente des pressions plus intenses que dans toute autre forme connue de matière. À mi-chemin de la surface, des tourbillons de force s’affrontent les uns contre les autres. Et la " planète " dans son ensemble est plus petite que ne le suggéraient les expériences précédentes.

Les recherches expérimentales marquent la prochaine étape dans la quête visant à comprendre la particule qui ancre chaque atome et constitue la majeure partie de notre monde.

"Nous y voyons vraiment l'ouverture d'une direction complètement nouvelle qui changera notre façon de considérer la structure fondamentale de la matière", a déclaré Latifa Elouadrhiri , physicienne au Thomas Jefferson National Accelerator Facility à Newport News, en Virginie, qui participe à l'effort.

Les expériences jettent littéralement un nouvel éclairage sur le proton. Au fil des décennies, les chercheurs ont méticuleusement cartographié l’influence électromagnétique de la particule chargée positivement. Mais dans la nouvelle recherche, les physiciens du Jefferson Lab cartographient plutôt l'influence gravitationnelle du proton, à savoir la répartition des énergies, des pressions et des contraintes de cisaillement, qui courbent le tissu espace-temps dans et autour de la particule. Pour ce faire, les chercheurs exploitent une manière particulière par laquelle des paires de photons, des particules de lumière, peuvent imiter un graviton, la particule supposée qui transmet la force de gravité. En envoyant un ping au proton avec des photons, ils déduisent indirectement comment la gravité interagirait avec lui, réalisant ainsi un rêve vieux de plusieurs décennies consistant à interroger le proton de cette manière alternative.

"C'est un tour de force", a déclaré Cédric Lorcé , physicien à l'Ecole Polytechnique en France, qui n'a pas participé aux travaux. "Expérimentalement, c'est extrêmement compliqué." 

Des photons aux gravitons

Les physiciens ont appris énormément sur le proton au cours des 70 dernières années en le frappant à plusieurs reprises avec des électrons. Ils savent que sa charge électrique s’étend sur environ 0,8 femtomètre, ou quadrillionièmes de mètre, à partir de son centre. Ils savent que les électrons entrants ont tendance à être projetés sur l’un des trois quarks – des particules élémentaires avec des fractions de charge – qui bourdonnent à l’intérieur. Ils ont également observé la conséquence profondément étrange de la théorie quantique où, lors de collisions plus violentes, les électrons semblent rencontrer une mer mousseuse composée de bien plus de quarks ainsi que de gluons, porteurs de la force dite forte, qui colle les quarks ensemble.

Toutes ces informations proviennent d’une seule configuration : vous lancez un électron sur un proton, et les particules échangent un seul photon – le porteur de la force électromagnétique – et se repoussent. Cette interaction électromagnétique indique aux physiciens comment les quarks, en tant qu'objets chargés, ont tendance à s'organiser. Mais le proton a bien plus à offrir que sa charge électrique.

(Photo : Latifa Elouadrhiri, scientifique principale du laboratoire Jefferson, a dirigé la collecte de données à partir desquelles elle et ses collaborateurs calculent désormais les propriétés mécaniques du proton.) 

" Comment la matière et l'énergie sont-elles distribuées ? " a demandé Peter Schweitzer , physicien théoricien à l'Université du Connecticut. "Nous ne savons pas."

Schweitzer a passé la majeure partie de sa carrière à réfléchir au côté gravitationnel du proton. Plus précisément, il s'intéresse à une matrice de propriétés du proton appelée tenseur énergie-impulsion. " Le tenseur énergie-impulsion sait tout ce qu'il y a à savoir sur la particule ", a-t-il déclaré.

Dans la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein, qui présente l'attraction gravitationnelle comme des objets suivant des courbes dans l'espace-temps, le tenseur énergie-impulsion indique à l'espace-temps comment se plier. Elle décrit, par exemple, la disposition de l'énergie (ou, de manière équivalente, de la masse) – la source de ce qui est la part du lion de la torsion de l'espace-temps. Elle permet également d'obtenir des informations sur la répartition de la dynamique, ainsi que sur les zones de compression ou d'expansion, ce qui peut également donner une légère courbure à l'espace-temps.

Si nous pouvions connaître la forme de l'espace-temps entourant un proton, élaborée indépendamment par des physiciens russes et   américains dans les années 1960, nous pourrions en déduire toutes les propriétés indexées dans son tenseur énergie-impulsion. Celles-ci incluent la masse et le spin du proton, qui sont déjà connus, ainsi que l'agencement des pressions et des forces du proton, une propriété collective que les physiciens nomment " Druck term ", d'après le mot " pression"  en allemand. Ce terme est " aussi important que la masse et la rotation, et personne ne sait ce que c'est ", a déclaré Schweitzer – même si cela commence à changer.

Dans les années 60, il semblait que la mesure du tenseur énergie-momentum et le calcul du terme de Druck nécessiteraient une version gravitationnelle de l'expérience de diffusion habituelle : On envoie une particule massive sur un proton et on laisse les deux s'échanger un graviton - la particule hypothétique qui constitue les ondes gravitationnelles - plutôt qu'un photon. Mais en raison de l'extrême subtilité de la gravité, les physiciens s'attendent à ce que la diffusion de gravitons se produise 39 fois plus rarement que la diffusion de photons. Les expériences ne peuvent pas détecter un effet aussi faible.

"Je me souviens avoir lu quelque chose à ce sujet quand j'étais étudiant", a déclaré Volker Burkert , membre de l'équipe du Jefferson Lab. Ce qu’il faut retenir, c’est que " nous ne pourrons probablement jamais rien apprendre sur les propriétés mécaniques des particules ".Gravitation sans gravité

Les expériences gravitationnelles sont encore inimaginables aujourd’hui. Mais les recherches menées en fin des années 1990 et au début des années 2000 par les physiciens Xiangdong Ji et, travaillant séparément, feu Maxim Polyakov, ont révélé une solution de contournement.

Le schéma général est le suivant. Lorsque vous tirez légèrement un électron sur un proton, il délivre généralement un photon à l'un des quarks et le détourne. Mais lors d’un événement sur un milliard, quelque chose de spécial se produit. L’électron entrant envoie un photon. Un quark l'absorbe puis émet un autre photon un battement de cœur plus tard. La principale différence est que cet événement rare implique deux photons au lieu d’un : des photons entrants et sortants. Les calculs de Ji et Polyakov ont montré que si les expérimentateurs pouvaient collecter les électrons, protons et photons résultants, ils pourraient déduire des énergies et des impulsions de ces particules ce qui s'est passé avec les deux photons. Et cette expérience à deux photons serait essentiellement aussi informative que l’impossible expérience de diffusion de gravitons.

Comment deux photons pourraient-ils connaître la gravité ? La réponse fait appel à des mathématiques très complexes. Mais les physiciens proposent deux façons de comprendre pourquoi cette astuce fonctionne.

Les photons sont des ondulations dans le champ électromagnétique, qui peuvent être décrites par une seule flèche, ou vecteur, à chaque emplacement de l'espace indiquant la valeur et la direction du champ. Les gravitons seraient des ondulations dans la géométrie de l’espace-temps, un domaine plus complexe représenté par une combinaison de deux vecteurs en chaque point. Capturer un graviton donnerait aux physiciens deux vecteurs d’informations. En dehors de cela, deux photons peuvent remplacer un graviton, puisqu’ils transportent également collectivement deux vecteurs d’information.

Une interprétation mathématiques alternative est celle-ci. Pendant le moment qui s'écoule entre le moment où un quark absorbe le premier photon et celui où il émet le second, le quark suit un chemin à travers l'espace. En sondant ce chemin, nous pouvons en apprendre davantage sur des propriétés telles que les pressions et les forces qui entourent le chemin.

"Nous ne faisons pas d'expérience gravitationnelle", a déclaré Lorcé. Mais " nous devrions obtenir un accès indirect à la manière dont un proton devrait interagir avec un graviton ". 

Sonder la planète ProtonEn 2000, les physiciens du Jefferson Lab ont réussi à obtenir quelques résultats de diffusion à deux photons. Cette démonstration de faisabilité les a incités à construire une nouvelle expérience et, en 2007, ils ont fait entrer des électrons dans des protons suffisamment de fois pour obtenir environ 500 000 collisions imitant les gravitons. L'analyse des données expérimentales a pris une décennie de plus.

À partir de leur index des propriétés de flexion de l’espace-temps, l’équipe a extrait le terme insaisissable de Druck, publiant son estimation des pressions internes du proton dans Nature en 2018.

Ils ont découvert qu’au cœur du proton, la force puissante génère des pressions d’une intensité inimaginable : 100 milliards de milliards de milliards de pascals, soit environ 10 fois la pression au cœur d’une étoile à neutrons. Plus loin du centre, la pression chute et finit par se retourner vers l'intérieur, comme c'est nécessaire pour que le proton ne se brise pas. "Voilà qui résulte de l'expérience", a déclaré Burkert. "Oui, un proton est réellement stable." (Cette découverte n’a cependant aucune incidence sur la désintégration des protons , ce qui implique un type d’instabilité différent prédit par certaines théories spéculatives.)

Le groupe Jefferson Lab a continué à analyser le terme Druck. Ils ont publié une estimation des forces de cisaillement (forces internes poussant parallèlement à la surface du proton) dans le cadre d'une étude publiée en décembre. Les physiciens ont montré que près de son noyau, le proton subit une force de torsion qui est neutralisée par une torsion dans l’autre sens plus près de la surface. Ces mesures soulignent également la stabilité de la particule. Les rebondissements étaient attendus sur la base des travaux théoriques de Schweitzer et Polyakov. "Néanmoins, le voir émerger de l'expérience pour la première fois est vraiment stupéfiant", a déclaré Elouadrhiri.

Ils utilisent désormais ces outils pour calculer la taille du proton d'une nouvelle manière. Dans les expériences de diffusion traditionnelles, les physiciens avaient observé que la charge électrique de la particule s'étendait à environ 0,8 femtomètre de son centre (c'est-à-dire que les quarks qui la composent bourdonnent dans cette région). Mais ce " rayon de charge " présente quelques bizarreries. Dans le cas du neutron, par exemple — l'équivalent neutre du proton, dans lequel deux quarks chargés négativement ont tendance à rester profondément à l'intérieur de la particule tandis qu'un quark chargé positivement passe plus de temps près de la surface — le rayon de charge apparaît comme un nombre négatif.  "Cela ne veut pas dire que la taille est négative ; ce n'est tout simplement pas une mesure fiable ", a déclaré Schweitzer.

La nouvelle approche mesure la région de l’espace-temps considérablement courbée par le proton. Dans une prépublication qui n'a pas encore été évaluée par des pairs, l'équipe du Jefferson Lab a calculé que ce rayon pourrait être environ 25 % plus petit que le rayon de charge, soit seulement 0,6 femtomètre.

Les limites de la planète Proton

D'un point de vue conceptuel, ce type d'analyse adoucit la danse floue des quarks pour en faire un objet solide, semblable à une planète, avec des pressions et des forces agissant sur chaque point de volume. Cette planète gelée ne reflète pas entièrement le proton bouillonnant dans toute sa gloire quantique, mais c'est un modèle utile. "C'est une interprétation", a déclaré M. Schweitzer.

Et les physiciens soulignent que ces cartes initiales sont approximatives, pour plusieurs raisons.

Premièrement, mesurer avec précision le tenseur énergie-impulsion nécessiterait des énergies de collision beaucoup plus élevées que celles que Jefferson Lab peut produire. L’équipe a travaillé dur pour extrapoler soigneusement les tendances à partir des énergies relativement faibles auxquelles elles peuvent accéder, mais les physiciens ne sont toujours pas sûrs de la précision de ces extrapolations.

(Photo : Lorsqu'il était étudiant, Volker Burkert a lu qu'il était impossible de mesurer directement les propriétés gravitationnelles du proton. Aujourd'hui, il participe à une collaboration au laboratoire Jefferson qui est en train de découvrir indirectement ces mêmes propriétés.)

De plus, le proton est plus que ses quarks ; il contient également des gluons, qui se déplacent sous leurs propres pressions et forces. L'astuce à deux photons ne peut pas détecter les effets des gluons. Une autre équipe du Jefferson Lab a utilisé une astuce analogue ( impliquant une interaction double-gluon ) pour publier l'année dernière une carte gravitationnelle préliminaire de ces effets des gluons dans Nature, mais elle était également basée sur des données limitées et à faible énergie.

"C'est une première étape", a déclaré Yoshitaka Hatta, physicien au Brookhaven National Laboratory qui a eu l'idée de commencer à étudier le proton gravitationnel après les travaux du groupe Jefferson Lab en 2018.

Des cartes gravitationnelles plus précises des quarks du proton et de ses gluons pourraient être disponibles dans les années 2030, lorsque le collisionneur électron-ion, une expérience actuellement en construction à Brookhaven, entrera en activité.

Pendant ce temps, les physiciens poursuivent leurs expériences numériques. Phiala Shanahan, physicienne nucléaire et des particules au Massachusetts Institute of Technology, dirige une équipe qui calcule le comportement des quarks et des gluons à partir des équations de la force forte. En 2019, elle et ses collaborateurs ont estimé les pressions et les forces de cisaillement, et en octobre, en ont estimé le rayon, entre autres propriétés. Jusqu'à présent, leurs résultats numériques ont été largement alignés sur les résultats physiques du Jefferson Lab. "Je suis certainement très excitée par la cohérence entre les résultats expérimentaux récents et nos données", a déclaré Mme Shanahan.

Même les aperçus flous du proton obtenus jusqu'à présent ont légèrement remodelé la compréhension des chercheurs sur la particule.

Certaines conséquences sont pratiques. Au CERN, l'organisation européenne qui gère le Grand collisionneur de hadrons, le plus grand broyeur de protons au monde, les physiciens pensaient auparavant que dans certaines collisions rares, les quarks pouvaient se trouver n'importe où dans les protons en collision. Mais les cartes inspirées par la gravitation suggèrent que les quarks ont tendance à rester près du centre dans de tels cas.

"Les modèles utilisés au CERN ont déjà été mis à jour", a déclaré François-Xavier Girod, physicien du Jefferson Lab qui a travaillé sur les expériences.

Les nouvelles cartes pourraient également offrir des pistes pour résoudre l’un des mystères les plus profonds du proton : pourquoi les quarks se lient en protons. Il existe un argument intuitif selon lequel, comme la force puissante entre chaque paire de quarks s'intensifie à mesure qu'ils s'éloignent, comme un élastique, les quarks ne peuvent jamais échapper à leurs camarades.

Mais les protons sont fabriqués à partir des membres les plus légers de la famille des quarks. Et les quarks légers peuvent également être considérés comme de longues ondes s'étendant au-delà de la surface du proton. Cette image suggère que la liaison du proton pourrait se produire non pas via la traction interne de bandes élastiques, mais par une interaction externe entre ces quarks ondulés et étirés. La cartographie de pression montre l’attraction de la force forte s’étendant jusqu’à 1,4 femtomètres et au-delà, renforçant ainsi l’argument en faveur de ces théories alternatives.

"Ce n'est pas une réponse définitive", a déclaré Girod, "mais cela indique que ces simples images avec des bandes élastiques ne sont pas pertinentes pour les quarks légers."

Auteur: Internet

Info: https://filsdelapensee.ch - Charlie Bois, 14 mars 2024

[ chromodynamique quantique ]

méta-moteur

Le comportement de cet animal est programmé mécaniquement.

Des interactions biomécaniques, plutôt que des neurones, contrôlent les mouvements de l'un des animaux les plus simples. Cette découverte offre un aperçu de la façon dont le comportement animal fonctionnait avant l'apparition des neurones.

L'animal extrêmement simple Trichoplax adhaerens se déplace et réagit à son environnement avec agilité et avec un but apparent, mais il n'a pas de neurones ou de muscles pour coordonner ses mouvements. De nouveaux travaux montrent que les interactions biomécaniques entre les cils de l'animal suffisent à en expliquer ses mouvements.

Le biophysicien Manu Prakash se souvient très bien du moment où, tard dans la nuit, dans le laboratoire d'un collègue, il y a une douzaine d'années, il a regardé dans un microscope et a rencontré sa nouvelle obsession. L'animal sous les lentilles n'était pas très beau à voir, ressemblant plus à une amibe qu'à autre chose : une tache multicellulaire aplatie, de 20 microns d'épaisseur et de quelques millimètres de diamètre, sans tête ni queue. Elle se déplaçait grâce à des milliers de cils qui recouvraient sa face inférieure pour former la "plaque velue collante" qui lui a inspiré son nom latin, Trichoplax adhaerens.

Cette étrange créature marine, classée dans la catégorie des placozoaires, dispose pratiquement d'une branche entière de l'arbre de l'évolution de la vie pour elle-même, ainsi que du plus petit génome connu du règne animal. Mais ce qui a le plus intrigué Prakash, c'est la grâce, l'agilité et l'efficacité bien orchestrées avec lesquelles les milliers ou les millions de cellules du Trichoplax se déplacent.

Après tout, une telle coordination nécessite habituellement des neurones et des muscles - et le Trichoplax n'en a pas.

Prakash s'est ensuite associé à Matthew Storm Bull, alors étudiant diplômé de l'université de Stanford, pour faire de cet étrange organisme la vedette d'un projet ambitieux visant à comprendre comment les systèmes neuromusculaires ont pu évoluer et comment les premières créatures multicellulaires ont réussi à se déplacer, à trouver de la nourriture et à se reproduire avant l'existence des neurones.

"J'appelle souvent ce projet, en plaisantant, la neuroscience sans les neurones", a déclaré M. Prakash.

Dans un trio de prétirés totalisant plus de 100 pages - publiés simultanément sur le serveur arxiv.org l'année dernière - lui et Bull ont montré que le comportement de Trichoplax pouvait être décrit entièrement dans le langage de la physique et des systèmes dynamiques. Les interactions mécaniques qui commencent au niveau d'un seul cilium, puis se multiplient sur des millions de cellules et s'étendent à des niveaux supérieurs de structure, expliquent entièrement la locomotion coordonnée de l'animal tout entier. L'organisme ne "choisit" pas ce qu'il doit faire. Au contraire, la horde de cils individuels se déplace simplement - et l'animal dans son ensemble se comporte comme s'il était dirigé par un système nerveux. Les chercheurs ont même montré que la dynamique des cils présente des propriétés qui sont généralement considérées comme des signes distinctifs des neurones.

Ces travaux démontrent non seulement comment de simples interactions mécaniques peuvent générer une incroyable complexité, mais ils racontent également une histoire fascinante sur ce qui aurait pu précéder l'évolution du système nerveux.

"C'est un tour de force de la biophysique", a déclaré Orit Peleg, de l'université du Colorado à Boulder, qui n'a pas participé aux études. Ces découvertes ont déjà commencé à inspirer la conception de machines mécaniques et de robots, et peut-être même une nouvelle façon de penser au rôle des systèmes nerveux dans le comportement animal. 

La frontière entre le simple et le complexe

Les cerveaux sont surestimés. "Un cerveau est quelque chose qui ne fonctionne que dans le contexte très spécifique de son corps", a déclaré Bull. Dans les domaines connus sous le nom de "robotique douce" et de "matière active", la recherche a démontré que la bonne dynamique mécanique peut suffire à accomplir des tâches complexes sans contrôle centralisé. En fait, les cellules seules sont capables de comportements remarquables, et elles peuvent s'assembler en systèmes collectifs (comme les moisissures ou les xénobots) qui peuvent accomplir encore plus, le tout sans l'aide de neurones ou de muscles.

Mais est-ce possible à l'échelle d'un animal multicellulaire entier ?

Le Trichoplax fut un cas d'étude parfait : assez simple pour être étudié dans les moindres détails, mais aussi assez compliqué pour offrir quelque chose de nouveau aux chercheurs. En l'observant, "vous regardez simplement une danse", a déclaré Prakash. "Elle est d'une incroyable complexité". Elle tourne et se déplace sur des surfaces. Elle s'accroche à des plaques d'algues pour les piéger et les consommer comme nourriture. Elle se reproduit asexuellement en se divisant en deux.

"Un organisme comme celui-ci se situe dans un régime intermédiaire entre quelque chose de réellement complexe, comme un vertébré, et quelque chose qui commence à devenir complexe, comme les eucaryotes unicellulaires", explique Kirsty Wan, chercheur à l'université d'Exeter en Angleterre, qui étudie la locomotion ciliaire.

Ce terrain intermédiaire entre les cellules uniques et les animaux dotés de muscles et de systèmes nerveux semblait être l'endroit idéal pour que Prakash et Bull posent leurs questions. "Pour moi, un organisme est une idée", a déclaré Prakash, un terrain de jeu pour tester des hypothèses et un berceau de connaissances potentielles.

Prakash a d'abord construit de nouveaux microscopes permettant d'examiner le Trichoplax par en dessous et sur le côté, et a trouvé comment suivre le mouvement à grande vitesse de ses cils. (Ce n'était pas un terrain entièrement nouveau pour lui, puisqu'il était déjà célèbre pour ses travaux sur le Foldscope, un microscope facile à assembler et dont la fabrication coûte moins d'un dollar). Il pouvait alors voir et suivre des millions de cils individuels, chacun apparaissant comme une minuscule étincelle dans le champ de vision du microscope pendant une fraction de seconde à la fois. "Vous ne voyez que les empreintes lorsqu'elles se posent sur la surface", a déclaré Prakash.

Lui-même - et plus tard Bull, qui a rejoint son laboratoire il y a six ans - ont passé des heures à observer l'orientation de ces petites empreintes. Pour que ces motifs complexes soient possibles, les scientifiques savaient que les cils devaient être engagés dans une sorte de communication à longue distance. Mais ils ne savaient pas comment.

Ils ont donc commencé à rassembler les pièces du puzzle, jusqu'à ce que, l'année dernière, ils décident enfin qu'ils avaient leur histoire.

Une marche en pilote automatique

Au départ, Prakash et Bull s'attendaient à ce que les cils glissent sur des surfaces, avec une fine couche de liquide séparant l'animal du substrat. Après tout, les cils sont généralement vus dans le contexte des fluides : ils propulsent des bactéries ou d'autres organismes dans l'eau, ou déplacent le mucus ou les fluides cérébrospinaux dans un corps. Mais lorsque les chercheurs ont regardé dans leurs microscopes, ils ont constaté que les cils semblaient marcher, et non nager.

Bien que l'on sache que certains organismes unicellulaires utilisent les cils pour ramper, ce type de coordination n'avait jamais été observé à cette échelle. "Plutôt qu'utiliser les cils pour propulser un fluide, il s'agit de mécanique, de friction, d'adhésion et de toutes sortes de mécanismes solides très intéressants", a-t-elle déclaré.

Prakash, Bull et Laurel Kroo, une étudiante diplômée en génie mécanique de Stanford, ont donc entrepris de caractériser la démarche des cils. Ils ont suivi la trajectoire de l'extrémité de chaque cilium au fil du temps, l'observant tracer des cercles et pousser contre des surfaces. Ils ont défini trois types d'interactions : le glissement, au cours duquel les cils effleurent à peine la surface ; la marche, lorsque les cils adhèrent brièvement à la surface avant de se détacher ; et le calage, lorsque les cils restent coincés contre la surface.

Dans leurs modèles, l'activité de marche émergeait naturellement de l'interaction entre les forces motrices internes des cils et l'énergie de leur adhésion à la surface. Le bon équilibre entre ces deux paramètres (calculé à partir de mesures expérimentales de l'orientation, de la hauteur et de la fréquence des battements des cils) permettant une locomotion régulière, chaque cilium se collant puis se soulevant, comme une jambe. Un mauvais équilibre produisant les phases de glissement ou de décrochage.

Nous pensons généralement, lorsque quelque chose se passe comme ça, qu'il y a un signal interne semblable à une horloge qui dit : "OK, allez-y, arrêtez-vous, allez-y, arrêtez-vous", a déclaré Simon Sponberg, biophysicien à l'Institut de technologie de Géorgie. "Ce n'est pas ce qui se passe ici. Les cils ne sont pas rythmés. Il n'y a pas une chose centrale qui dit 'Go, go, go' ou autre. Ce sont les interactions mécaniques qui mettent en place quelque chose qui va, qui va, qui va."

De plus, la marche pourrait être modélisée comme un système excitable, c'est-à-dire un système dans lequel, sous certaines conditions, les signaux se propagent et s'amplifient au lieu de s'atténuer progressivement et de s'arrêter. Un neurone est un exemple classique de système excitable : De petites perturbations de tension peuvent provoquer une décharge soudaine et, au-delà d'un certain seuil, le nouvel état stimulé se propage au reste du système. Le même phénomène semble se produire ici avec les cils. Dans les expériences et les simulations, de petites perturbations de hauteur, plutôt que de tension, entraînent des changements relativement importants dans l'activité des cils voisins : Ils peuvent soudainement changer d'orientation, et même passer d'un état de stase à un état de marche. "C'est incroyablement non linéaire", a déclaré Prakash.

En fait, les modèles de cils de Prakash, Bull et Kroo se sont avérés très bien adaptés aux modèles établis pour les potentiels d'action au sein des neurones. "Ce type de phénomène unique se prête à une analogie très intéressante avec ce que l'on observe dans la dynamique non linéaire des neurones individuels", a déclaré Bull. Sponberg est d'accord. "C'est en fait très similaire. Il y a une accumulation de l'énergie, et puis pop, et puis pop, et puis pop".

Les cils s'assemblent comme des oiseaux

Forts de cette description mathématique, Prakash et Bull ont examiné comment chaque cilium pousse et tire sur ses voisins lors de son interaction avec la surface, et comment toute ces activités indépendantes peuvent se transformer en quelque chose de synchronisé et cohérent.

Ils ont mesuré comment la démarche mécanique de chaque cilium entraînait de petites fluctuations locales de la hauteur du tissu. Ils ont ensuite écrit des équations pour expliquer comment ces fluctuations pouvaient influencer le comportement des cellules voisines, alors même que les cils de ces cellules effectuaient leurs propres mouvements, comme un réseau de ressorts reliant de minuscules moteurs oscillants.

Lorsque les chercheurs ont modélisé "cette danse entre élasticité et activité", ils ont constaté que les interactions mécaniques - de cils poussant contre un substrat et de cellules se tirant les unes les autres - transmettaient rapidement des informations à travers l'organisme. La stimulation d'une région entraînait des vagues d'orientation synchronisée des cils qui se déplaçaient dans le tissu. "Cette élasticité et cette tension dans la physique d'un cilium qui marche, maintenant multipliées par des millions d'entre eux dans une feuille, donnent en fait lieu à un comportement mobile cohérent", a déclaré Prakash.

Et ces modèles d'orientation synchronisés peuvent être complexes : parfois, l'activité du système produit des tourbillons, les cils étant orientés autour d'un seul point. Dans d'autres cas, les cils se réorientent en quelques fractions de seconde, pointant d'abord dans une direction puis dans une autre - se regroupant comme le ferait un groupe d'étourneaux ou un banc de poissons, et donnant lieu à une agilité qui permet à l'animal de changer de direction en un clin d'œil.

"Nous avons été très surpris lorsque nous avons vu pour la première fois ces cils se réorienter en une seconde", a déclaré M. Bull.

Ce flocage agile est particulièrement intriguant. Le flocage se produit généralement dans des systèmes qui se comportent comme des fluides : les oiseaux et les poissons individuels, par exemple, peuvent échanger librement leurs positions avec leurs compagnons. Mais cela ne peut pas se produire chez Trichoplax, car ses cils sont des composants de cellules qui ont des positions fixes. Les cils se déplacent comme "un troupeau solide", explique Ricard Alert, physicien à l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes.

Prakash et Bull ont également constaté dans leurs simulations que la transmission d'informations était sélective : Après certains stimuli, l'énergie injectée dans le système par les cils se dissipe tout simplement, au lieu de se propager et de modifier le comportement de l'organisme. Nous utilisons notre cerveau pour faire cela tout le temps, pour observer avec nos yeux et reconnaître une situation et dire : "Je dois soit ignorer ça, soit y répondre", a déclaré M. Sponberg.

Finalement, Prakash et Bull ont découvert qu'ils pouvaient écrire un ensemble de règles mécaniques indiquant quand le Trichoplax peut tourner sur place ou se déplacer en cercles asymétriques, quand il peut suivre une trajectoire rectiligne ou dévier soudainement vers la gauche, et quand il peut même utiliser sa propre mécanique pour se déchirer en deux organismes distincts.

"Les trajectoires des animaux eux-mêmes sont littéralement codées" via ces simples propriétés mécaniques, a déclaré Prakash.

Il suppose que l'animal pourrait tirer parti de ces dynamiques de rotation et de reptation dans le cadre d'une stratégie de "course et culbute" pour trouver de la nourriture ou d'autres ressources dans son environnement. Lorsque les cils s'alignent, l'organisme peut "courir", en continuant dans la direction qui vient de lui apporter quelque chose de bénéfique ; lorsque cette ressource semble s'épuiser, Trichoplax peut utiliser son état de vortex ciliaire pour se retourner et tracer une nouvelle route.

Si d'autres études démontrent que c'est le cas, "ce sera très excitant", a déclaré Jordi Garcia-Ojalvo, professeur de biologie systémique à l'université Pompeu Fabra de Barcelone. Ce mécanisme permettrait de faire le lien entre beaucoups d'échelles, non seulement entre la structure moléculaire, le tissu et l'organisme, mais aussi pour ce qui concerne écologie et environnement.

En fait, pour de nombreux chercheurs, c'est en grande partie ce qui rend ce travail unique et fascinant. Habituellement, les approches des systèmes biologiques basées sur la physique décrivent l'activité à une ou deux échelles de complexité, mais pas au niveau du comportement d'un animal entier. "C'est une réussite...  vraiment rare", a déclaré M. Alert.

Plus gratifiant encore, à chacune de ces échelles, la mécanique exploite des principes qui font écho à la dynamique des neurones. "Ce modèle est purement mécanique. Néanmoins, le système dans son ensemble possède un grand nombre des propriétés que nous associons aux systèmes neuro-mécaniques : il est construit sur une base d'excitabilité, il trouve constamment un équilibre délicat entre sensibilité et stabilité et il est capable de comportements collectifs complexes." a déclaré Sponberg.

"Jusqu'où ces systèmes mécaniques peuvent-ils nous mener ?... Très loin." a-t-il ajouté.

Cela a des implications sur la façon dont les neuroscientifiques pensent au lien entre l'activité neuronale et le comportement de manière plus générale. "Les organismes sont de véritables objets dans l'espace", a déclaré Ricard Solé, biophysicien à l'ICREA, l'institution catalane pour la recherche et les études avancées, en Espagne. Si la mécanique seule peut expliquer entièrement certains comportements simples, les neuroscientifiques voudront peut-être examiner de plus près comment le système nerveux tire parti de la biophysique d'un animal pour obtenir des comportements complexes dans d'autres situations.

"Ce que fait le système nerveux n'est peut-être pas ce que nous pensions qu'il faisait", a déclaré M. Sponberg.

Un pas vers la multicellularité

"L'étude de Trichoplax peut nous donner un aperçu de ce qu'il a fallu faire pour développer des mécanismes de contrôle plus complexes comme les muscles et les systèmes nerveux", a déclaré Wan. "Avant d'arriver à ça, quelle est le meilleur truc à suivre ? Ca pourrait bien être ça".

Alert est d'accord. "C'est une façon si simple d'avoir des comportements organisationnels tels que l'agilité que c'est peut-être ainsi qu'ils ont émergé au début et  au cours de l'évolution, avant que les systèmes neuronaux ne se développent. Peut-être que ce que nous voyons n'est qu'un fossile vivant de ce qui était la norme à l'époque".

Solé considère que Trichoplax occupe une "twilight zone... au centre des grandes transitions vers la multicellularité complexe". L'animal semble commencer à mettre en place "les conditions préalables pour atteindre la vraie complexité, celle où les neurones semblent être nécessaires."

Prakash, Bull et leurs collaborateurs cherchent maintenant à savoir si Trichoplax pourrait être capable d'autres types de comportements ou même d'apprentissage. Que pourrait-il réaliser d'autre dans différents contextes environnementaux ? La prise en compte de sa biochimie en plus de sa mécanique ouvrirait-elle vers un autre niveau de comportement ?

Les étudiants du laboratoire de Prakash ont déjà commencé à construire des exemples fonctionnels de ces machines. Kroo, par exemple, a construit un dispositif de natation robotisé actionné par un matériau viscoélastique appelé mousse active : placée dans des fluides non newtoniens comme des suspensions d'amidon de maïs, elle peut se propulser vers l'avant.

"Jusqu'où voulez-vous aller ? a demandé Peleg. "Pouvez-vous construire un cerveau, juste à partir de ce genre de réseaux mécaniques ?"

Prakash considère que ce n'est que le premier chapitre de ce qui sera probablement une saga de plusieurs décennies. "Essayer de vraiment comprendre cet animal est pour moi un voyage de 30 ou 40 ans", a-t-il dit. "Nous avons terminé notre première décennie... C'est la fin d'une époque et le début d'une autre".

Auteur: Internet

Info: https://www.quantamagazine.org/before-brains-mechanics-may-have-ruled-animal-behavior. Jordana Cepelewicz, 16 mars 2022. Trad Mg

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