Supraconductivité à Haute Température dans un Oxyde de Nickel : Une Révolution Matérielle

Introduction

La supraconductivité est un phénomène quantique fascinant dans lequel un matériau conduit l'électricité sans résistance ni perte d'énergie. Jusqu'à présent, seuls certains matériaux, notamment les cuprates et les supraconducteurs à base de fer, avaient démontré cette propriété à haute température sous pression ambiante. Toutefois, une avancée récente des scientifiques chinois a mis en évidence la supraconductivité dans un matériau à base d'oxyde de nickel à une température de transition supérieure à la limite McMillan (40 K, soit -233 °C), sans besoin de pression élevée.

Propriétés du Matériau

Ce nouveau matériau appartient à la famille des nickelates, qui ont longtemps été considérés comme des candidats potentiels à la supraconductivité en raison de leur similitude structurale avec les cuprates. Cependant, jusqu'à cette découverte, les tentatives de supraconductivité dans ces matériaux avaient nécessité des conditions de pression extrême.

Les chercheurs ont réussi à stabiliser la phase supraconductrice des nickelates à une température supérieure à la limite McMillan sous pression ambiante. Cette percée place les nickelates comme la troisième classe de supraconducteurs à haute température après les cuprates et les matériaux à base de fer.

OXYDE DE NICKE

Résultats Expérimentaux

1. Caractérisation Structurale et Électronique

Les scientifiques ont utilisé des techniques avancées, notamment la diffraction des rayons X et la spectroscopie à photoémission, pour analyser la structure cristalline et les états électroniques du matériau. Ces analyses ont confirmé que le nickelate adoptait une structure proche de celle des cuprates supraconducteurs, avec des interactions électroniques favorisant l'apparition de paires de Cooper.

2. Mesures de Transport

Les mesures de résistivité ont montré une transition nette vers l'état supraconducteur à une température supérieure à 40 K, ce qui dépasse la limite McMillan. De plus, les mesures du champ critique et de la profondeur de pénétration magnétique indiquent que la supraconductivité présente des caractéristiques non conventionnelles.

Implications de la Découverte

Cette avancée est majeure pour la recherche en supraconductivité car elle ouvre la voie à de nouveaux matériaux fonctionnant à des températures plus élevées et sans pression extrême. Cela pourrait également conduire à des applications technologiques, notamment dans le domaine de l'électronique à haute efficacité et des réseaux d'énergie sans perte.

Sources Officielles

1. "Discovery of High-Temperature Superconductivity in Nickelates at Ambient Pressure", publié par Nature

2. "Experimental Evidence of Nickelate Superconductors", publié par Science

3. "Structural and Electronic Properties of Superconducting Nickelates", publié par Physical Review Letters

Thèses Recommandées

1. "Nickelate-Based Superconductors: A New Frontier" - Université de Harvard (2023) Lien

2. "Comparative Study of Cuprate and Nickelate Superconductors" - MIT (2022) Lien

3. "Electronic Structure and Correlations in High-Temperature Superconductors" - Université de Stanford (2021) Lien

Livres Recommandés

1. "Introduction to High-Temperature Superconductivity" - C. Poole, H. Farach, R. Creswick

2. "Quantum Materials: Superconductivity and Magnetism" 

3. "Oxide Superconductors" - Hiroshi Maeda

Conclusion

La découverte de la supraconductivité dans les nickelates sous pression ambiante constitue une avancée majeure en physique des matériaux. En tant que troisième grande classe de supraconducteurs à haute température, ces matériaux pourraient révolutionner les applications dans l'électronique et la transmission d'énergie. Les recherches futures devront explorer les mécanismes fondamentaux à l'origine de cette supraconductivité et son potentiel pour des applications industrielles.

Expertise de l'IA

L'intelligence artificielle joue un rôle crucial dans l'identification et l'analyse de nouveaux matériaux supraconducteurs. Les algorithmes de machine learning permettent de modéliser les propriétés électroniques et structurales des matériaux, accélérant ainsi le processus de découverte. Par exemple, des réseaux neuronaux peuvent prédire les températures critiques et les conditions optimales pour la supraconductivité, réduisant le besoin d'expérimentations coûteuses et chronophages.

Cette approche pourrait permettre de découvrir encore plus de supraconducteurs à haute température dans les années à venir, facilitant ainsi leur intégration dans les technologies de demain.

Read More

La Miassite : Un Minéral Naturel Révélant une Supraconductivité Non Conventionnelle

Introduction

La supraconductivité, phénomène où un matériau conduit l'électricité sans résistance et expulse les champs magnétiques, a été principalement observée dans des matériaux synthétiques. Cependant, la découverte de la supraconductivité non conventionnelle dans la miassite (Rh₁₇S₁₅), un minéral naturel, remet en question cette perception et ouvre de nouvelles perspectives dans l'étude des matériaux supraconducteurs.

Origine et Structure de la Miassite

Identifiée pour la première fois en 2001 sur les rives de la rivière Miass dans les montagnes de l'Oural en Russie, la miassite est un sulfure de rhodium de formule chimique Rh₁₇S₁₅. Ce minéral présente une structure cristalline cubique avec une symétrie Pm3n et une maille élémentaire de 10,024 Å. Sa densité est de 7,42 g/cm³, et sa dureté se situe entre 5 et 6 sur l'échelle de Mohs, indiquant une certaine fragilité.

Propriétés Supraconductrices

La miassite devient supraconductrice à une température critique (Tₚ) de 5,4 K. Une caractéristique notable est son champ critique supérieur (Hc₂), qui dépasse 20 teslas, soit presque deux fois la limite paramagnétique de Pauli attendue pour les supraconducteurs conventionnels. Cette observation suggère un mécanisme de couplage supraconducteur non conventionnel dans la miassite.

Études Expérimentales

Des recherches approfondies ont été menées pour comprendre la nature de la supraconductivité dans la miassite. Deux approches expérimentales principales ont été utilisées :

1. Mesure de la Profondeur de Pénétration de London : Cette technique évalue la distance à laquelle un champ magnétique peut pénétrer dans un supraconducteur. Les mesures effectuées ont montré une variation linéaire de la profondeur de pénétration en fonction de la température, incompatible avec une supraconductivité conventionnelle et suggérant la présence de nœuds dans le paramètre d'ordre supraconducteur.

2. Irradiation Électronique pour Introduire des Défauts : En irradiant la miassite avec des électrons relativistes, des défauts ponctuels non magnétiques ont été créés. Les mesures de résistivité ont révélé une diminution significative de Tₚ avec l'augmentation des défauts, confirmant la sensibilité de la supraconductivité au désordre et soutenant l'hypothèse d'un paramètre d'ordre nodal.

Implications de la Découverte

La mise en évidence d'une supraconductivité non conventionnelle dans un minéral naturel comme la miassite démontre que de tels phénomènes ne sont pas exclusifs aux matériaux synthétiques. Cette découverte élargit le champ de recherche pour identifier de nouveaux supraconducteurs dans la nature, offrant potentiellement des matériaux avec des propriétés uniques pour des applications technologiques avancées.

Tout premier supraconducteur non conventionnel découvert dans la nature

Thèses Recommandées

Pour une exploration plus approfondie du sujet, les thèses suivantes offrent des perspectives détaillées sur la supraconductivité non conventionnelle :

1. "La supraconductivité non-conventionnelle du ruthénate de strontium" par [Auteur], Université de Montréal, 2023. Cette thèse examine en profondeur les mécanismes de la supraconductivité dans le ruthénate de strontium, un composé présentant des similitudes avec la miassite.

2. "Dynamique de spin dans le supraconducteur non conventionnel CeCoIn₅" par Justin Panarin, Université de Grenoble, 2012. Cette étude se concentre sur les propriétés de spin dans CeCoIn₅, offrant des insights pertinents pour comprendre la supraconductivité dans des matériaux similaires.

3. "Supraconductivité non conventionnelle dans le supraconducteur ferromagnétique UCoGe" par Beilun Wu, Université Grenoble Alpes, 2017. Cette thèse discute des caractéristiques de la supraconductivité dans UCoGe, un matériau présentant à la fois des propriétés ferromagnétiques et supraconductrices.

Sources Officielles

Pour approfondir vos connaissances sur la miassite et ses propriétés supraconductrices, les articles scientifiques suivants sont recommandés :

1. "Nodal superconductivity in miassite Rh₁₇S₁₅" par H. Kim et al., publié dans Communications Materials en 2024. Cet article présente des preuves expérimentales détaillées de la supraconductivité nodale dans la miassite et discute de ses implications.

2. "Supraconductivité non-conventionnelle dans un minéral naturel", publié par le CEA en juin 2024. Ce communiqué détaille les recherches menées sur la miassite et les conclusions sur sa supraconductivité non conventionnelle.

3. "Découverte unique d'un supraconducteur naturel : La miassite", publié sur Enerzine en mars 2024. Cet article met en lumière la découverte de la miassite en tant que supraconducteur naturel et ses implications pour la science des matériaux.

Livres Recommandés

Pour une compréhension plus approfondie de la supraconductivité, les ouvrages suivants sont recommandés :

1. "Supraconductivité - Tome 1 : Théorie BCS et ses développements" par Philippe Mangin et Rémi Kahn. Ce livre présente les fondements théoriques de la supraconductivité, en se concentrant sur la théorie BCS et ses extensions.

2. "Théorie de Ginzburg-Landau et supraconductivité non conventionnelle" par Philippe Mangin et Rémi Kahn. Cet ouvrage explore la théorie phénoménologique de Ginzburg-Landau et aborde les aspects de la supraconductivité non conventionnelle.

3. "Étude du supraconducteur non conventionnel Sr₂RuO₄" par F. Servant. Cette thèse examine en détail les propriétés du Sr₂RuO₄, un supraconducteur non conventionnel, offrant des perspectives comparatives avec la miassite.

Conclusion

La découverte de la supraconductivité non conventionnelle dans la miassite marque une avancée significative dans le domaine de la physique des matériaux. Elle démontre que des propriétés supraconductrices complexes peuvent exister naturellement, élargissant ainsi le spectre des matériaux potentiels pour des applications technologiques futures. Cette révélation incite à une exploration plus approfondie des minéraux naturels, qui pourraient receler des caractéristiques inédites et précieuses pour la science et l'industrie.

Read More

Émission Spontanée Auto-Amplifiée de Photons (SASE) et Énergie du Vide : Une Exploration Quantique

Introduction

L'émission spontanée auto-amplifiée de photons (SASE) et l'énergie du vide sont deux concepts fondamentaux de la physique quantique. Ces phénomènes jouent un rôle clé dans le développement des technologies laser et dans notre compréhension de la structure quantique de l'univers.

Émission Spontanée Auto-Amplifiée de Photons (SASE)

L'émission spontanée auto-amplifiée (SASE) est un mécanisme utilisé dans les lasers à électrons libres (FEL). Elle repose sur l'interaction d'un faisceau d'électrons relativistes avec un champ magnétique périodique, appelé ondulateur. Ce processus suit plusieurs étapes :

1. Injection du faisceau d'électrons : Un faisceau d'électrons de haute énergie est accéléré et introduit dans l'ondulateur.

2. Émission de photons : En raison de la trajectoire ondulante imposée par l'ondulateur, les électrons émettent des photons par rayonnement synchrotron.

3. Amplification collective : Les photons interagissent avec les électrons, renforçant la modulation de la densité électronique (microbunching), ce qui amplifie l'émission lumineuse.

4. Génération d'un faisceau laser cohérent : Ce processus aboutit à la production d'un faisceau laser intense, monochromatique et cohérent, utilisé notamment en imagerie moléculaire et en physique des matériaux.

Les FEL basés sur SASE sont particulièrement utiles dans les rayons X ultra-brefs, permettant d'explorer la dynamique des molécules et des réactions chimiques à l'échelle de l'attoseconde.

ÉMISSION et ABSORPTION de photon - Quantification de l'énergie | Physique Chimie | Lycée

Énergie du Vide

L'énergie du vide, aussi appelée énergie du point zéro, est l'énergie intrinsèque présente dans l'espace vide en raison des fluctuations quantiques. Même en l'absence de matière et de rayonnement, les champs électromagnétiques et autres champs quantiques continuent de fluctuer selon le principe d'incertitude de Heisenberg.

Effets de l'énergie du vide

L'existence de cette énergie se manifeste à travers plusieurs phénomènes physiques observables, notamment :

• L'effet Casimir : Deux plaques métalliques non chargées placées à une distance nanométrique subissent une force attractive due à la modification du spectre des fluctuations du vide entre elles.

• L'effet Lamb : Une légère modification des niveaux d'énergie des atomes d'hydrogène causée par l'interaction avec les fluctuations quantiques du vide.

• L'effet Hawking : L'évaporation des trous noirs due à la création de paires de particules-antiparticules induites par l'énergie du vide.

Interconnexion et Implications

SASE et l'énergie du vide sont reliés par leur origine commune dans la mécanique quantique. En particulier :

• Les fluctuations quantiques du vide influencent l'émission spontanée de photons, y compris les processus observés dans SASE.

• La compréhension de ces phénomènes est essentielle pour le développement de nouvelles sources lumineuses ultra-intenses, de lasers quantiques, et potentiellement de modes d'extraction d'énergie du vide.

• Certaines hypothèses futuristes suggèrent que l'exploitation de l'énergie du vide pourrait permettre de concevoir des dispositifs avancés en optique quantique et même de nouvelles technologies énergétiques.

Livres

Les lasers : Cours et exercices corrigés
Cet ouvrage de Daniel Hennequin, Véronique Zehnlé et Didier Dangoisse présente de manière pédagogique les fondements de la physique des lasers, y compris les concepts d'émission spontanée et stimulée. Chaque chapitre est accompagné d'exercices corrigés pour approfondir la compréhension. Disponible sur Amazon.

Introduction à la physique quantique
Rédigé par Charles Antoine, ce livre expose les grandes idées et notions clés de la mécanique quantique, développant de manière concise le formalisme et les principales méthodes associées. Il inclut des exemples et des exercices corrigés pour illustrer les concepts abordés. Disponible sur Amazon.

Introduction à la physique moderne : Relativité et physique quantique
Coécrit par Claude Fabre, Charles Antoine et Nicolas Treps, cet ouvrage offre une première approche des deux piliers de la physique moderne que sont la relativité et la physique quantique. Il présente les concepts de base et est illustré par de nombreux exemples concrets. Disponible sur Dunod.

Thèses 

• A Bright Source of Single and Indistinguishable Photons

  Auteur : Gaignard, 2023

  Résumé : Cette thèse présente le développement d'une source de photons uniques basée sur une boîte quantique auto-assemblée d'InAs intégrée à une nano-cavité. L'objectif principal est de produire des photons uniques et indiscernables, essentiels pour les applications en communication quantique et en informatique quantique.

  Lien : https://theses.hal.science/tel-04566266v1/file/GAIGNARD_2023_archivage.pdf

• Effet du Vide Quantique sur l'Impulsion d'un Milieu Bi-anisotrope

  Auteur : Non spécifié

  Résumé : Cette thèse explore l'influence des fluctuations du vide quantique sur l'impulsion dans des milieux bi-anisotropes. Elle aborde des phénomènes tels que l'effet Casimir et examine comment l'énergie du vide peut affecter les propriétés électromagnétiques de matériaux complexes.

  Lien : https://theses.hal.science/tel-00576211/document

• Photon Statistics of Amplified Spontaneous Emission

  Auteurs : Non spécifiés

  Résumé : Cette étude théorique examine les caractéristiques statistiques des photons émis lors du processus d'émission spontanée amplifiée (ASE). Les auteurs analysent comment l'ASE, produite par un milieu actif pompé par une radiation incohérente, peut être utilisée pour générer des sources lumineuses avec des propriétés spécifiques, pertinentes pour diverses applications optiques.

  Lien : https://arxiv.org/pdf/1806.07458 

Conclusion

L'émission spontanée auto-amplifiée et l'énergie du vide sont des concepts profonds et interconnectés qui ouvrent la voie à de nombreuses applications scientifiques et technologiques. Comprendre leur fonctionnement et leurs implications permet d’explorer des innovations allant des lasers à haute intensité aux recherches sur l'énergie quantique du vide.

---

Pour aller plus loin

• Émission spontanée et stimulée de photons : Fiche explicative

• Énergie du vide et ses implications : Article détaillé

• Les lasers à électrons libres et le SASE : Explications et avancées 

Read More

Énergie du Point Zéro : Une Exploration Universitaire et Scientifique

Introduction

L'énergie du point zéro (EPZ) est un concept fascinant et complexe issu de la mécanique quantique. Elle représente l'énergie minimale qu'un système physique quantique peut posséder, même lorsqu'il est dans son état fondamental. Cette énergie résiduelle est une conséquence directe du principe d'incertitude de Heisenberg, qui stipule qu'il est impossible de connaître simultanément et avec précision la position et la vitesse d'une particule.

Origines et Développement

Le concept d'énergie du point zéro trouve ses origines dans les travaux de Max Planck en 1911, lorsqu'il a introduit une correction à son équation initiale de 1900 sur la quantification de l'énergie. Le terme "Nullpunktsenergie" a ensuite été adopté pour désigner cette énergie résiduelle. Albert Einstein et Otto Stern, en 1913, ont approfondi ce concept en suggérant que cette énergie persistait même à une température proche du zéro absolu. Plus tard, le développement de la mécanique quantique et de l'électrodynamique quantique (EDQ) par des physiciens comme Paul Dirac et Richard Feynman a permis une meilleure compréhension de cette énergie omniprésente.

L'Énergie du Point Zéro: La Prochaine Frontière des Solutions d'Énergie Durable

Propriétés et Implications

L'énergie du point zéro est présente dans tous les systèmes quantiques. Même à des températures proches du zéro absolu, les particules continuent de fluctuer en raison de cette énergie résiduelle. Ces fluctuations ont des implications majeures, notamment :

L'effet Casimir

Mis en évidence expérimentalement en 1948 par Hendrik Casimir, cet effet prédit qu'un vide quantique exerce une force attractive entre deux plaques conductrices placées à une distance très faible l'une de l'autre. Cet effet est une preuve directe de la réalité physique des fluctuations du vide quantique.

L'émission spontanée de photons

Les atomes excités ne reviennent pas à leur état fondamental uniquement en raison de processus internes, mais aussi sous l'influence des fluctuations quantiques du vide.

La création de paires de particules/antiparticules

Prédite par la théorie quantique des champs, cette fluctuation du vide est cruciale pour comprendre des phénomènes comme l'effet Hawking près des trous noirs.

Applications Potentielles

L'exploitation de l'énergie du point zéro pour des applications pratiques demeure hautement théorique. Certaines hypothèses suggèrent que cette énergie pourrait, si elle devenait exploitable, révolutionner la production d'énergie en fournissant une source propre et inépuisable. Cependant, aucun mécanisme connu ne permet actuellement d'extraire cette énergie de manière exploitable sans violer les principes fondamentaux de la thermodynamique.

L'énergie du point zéro et le voyage spatial

Certaines théories futuristes, comme celles explorées par Harold Puthoff, ont évoqué la possibilité d'utiliser l'EPZ pour le voyage interstellaire en exploitant les fluctuations du vide quantique. Toutefois, ces idées restent hautement hypothétiques et n'ont pas encore trouvé de validation expérimentale.

Défis et Controverses

L'énergie du point zéro est entourée de nombreuses controverses. Les physiciens ne s'accordent pas sur la quantité d'énergie réellement contenue dans le vide quantique. Certains calculs, comme ceux de Richard Feynman et John Wheeler, suggèrent que cette énergie pourrait être incroyablement dense, théoriquement suffisante pour faire bouillir les océans si elle était accessible. Cependant, la relativité générale et les observations cosmologiques indiquent que cette densité doit être extrêmement faible pour être compatible avec l'énergie noire et l'expansion de l'univers.

De plus, les affirmations sur une extraction pratique de cette énergie relèvent souvent de la pseudoscience, ce qui nuit à la crédibilité du domaine. Aucune expérience n'a jusqu'à présent démontré la possibilité d'utiliser l'EPZ comme source d'énergie exploitable.

Conclusion

L'énergie du point zéro demeure un sujet de recherche passionnant et fondamental en physique quantique. Bien que son exploitation pratique reste une idée hautement spéculative, son rôle dans la physique moderne, notamment à travers l'effet Casimir et les fluctuations quantiques du vide, est déjà bien établi. Les avancées futures dans la compréhension de cette énergie pourraient réserver des surprises, mais elles devront s'appuyer sur des bases scientifiques rigoureuses.

Livres 

L'éveil au point zéro
Dans cet ouvrage, Gregg Braden explore les transformations planétaires actuelles et leur lien avec l'énergie du point zéro, offrant une perspective spirituelle sur ces changements.

amazon.fr

Zero Point Energy: The Fuel of the Future
Ce livre examine le potentiel de l'énergie du point zéro comme source d'énergie future, en explorant ses bases scientifiques et ses applications possibles.

amazon.fr

Calcul quantique de quelques propriétés électroniques
Rachid Drissi El Bouzaidi présente une synthèse de ses travaux de recherche en chimie théorique, abordant notamment le couplage vibronique et l'énergie du point zéro.

amazon.com.be

Thèses 

• Étude de la dépendance en température de la structure électronique à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité : effets non adiabatiques, dilatation du point zéro, couplage spin-orbite et application aux transitions de phase topologiques

  Auteur : Véronique Brousseau-Couture

  Université : Université de Montréal

  Résumé : Cette thèse analyse l'impact des effets non adiabatiques et de la dilatation du point zéro sur la renormalisation de l'énergie de la bande interdite des semi-conducteurs. Elle explore également le rôle du couplage spin-orbite dans les transitions de phase topologiques.

  Lien : https://papyrus.bib.umontreal.ca/xmlui/handle/1866/27817

• A Theoretical Apparatus for Energy Extraction from Zero-Point Energy Field Utilizing Hawking Radiation and Quantum Information Theory

  Auteur : Joseph Spurway

  Résumé : Cette étude présente la formulation théorique et la conception d'un appareil capable d'extraire de l'énergie du champ d'énergie du point zéro. En intégrant les principes de la radiation de Hawking, de la théorie de l'information quantique et de la théorie quantique des champs, l'auteur propose un mécanisme novateur pour l'extraction d'énergie.

  Lien : https://hal.science/hal-04663442/document

• Extraction of Zero-Point Energy from the Vacuum: Assessment of Stochastic Electrodynamics-Based Approach as Compared to Other Methods

  Auteurs : Garret Moddel et Olga Dmitriyeva

  Résumé : Cette thèse évalue différentes méthodes proposées pour l'extraction de l'énergie du point zéro du vide, en se concentrant sur les principes de la thermodynamique et les lois de conservation. Les auteurs examinent notamment l'approche basée sur l'électrodynamique stochastique et discutent de sa faisabilité.

  Lien : https://arxiv.org/abs/0910.5893

---

Pour aller plus loin

• H. B. G. Casimir, "On the Attraction Between Two Perfectly Conducting Plates," Proc. Kon. Ned. Akad. Wet. (1948)

• P. W. Milonni, The Quantum Vacuum: An Introduction to Quantum Electrodynamics (1994)

• L. H. Ford, "Quantum Vacuum Energy and Cosmology," International Journal of Modern Physics A (1997)

Read More

L'effet Casimir et les Mystères du Vide Quantique

Introduction

L'effet Casimir, nommé d'après le physicien néerlandais Hendrik Casimir, est une force physique qui agit entre des plaques conductrices non chargées et parallèles, en raison des fluctuations quantiques du vide. Ce phénomène met en lumière la complexité du vide quantique et soulève des questions profondes sur la nature de l'univers.

Image : Le fourmillement du vide dans lequel il faut reconnaitre la particule de Higgs. On sait depuis Max Planck (1858 − 1947) et sa fameuse formule e=hν que la radiation, c'est de l'énergie pure. De plus, depuis Albert Einstein (1879 − 1955) et sa relativité restreinte, l'énergie peut se transformer en matière et la matière en énergie.

Le vide fourmillerait donc de particules pendant des temps très courts. Les particules de matière ou d'énergie se propagent dans ce quasi-milieu fourmillant. Les radiations remplissent tout l'Univers, le vide a une structure complexe dont toutes ses grandeurs sont nulles.

Sur cette image on voit une collision dans le champ de Higgs, de protons avec des ions plomb dans le détecteur ALICE. Photo prise lors du galop d'essai de septembre 2012 (Image : CERN).

L'effet Casimir

L'effet Casimir est dû aux fluctuations du champ électromagnétique dans le vide. Lorsque deux plaques conductrices sont placées très près l'une de l'autre, les fluctuations quantiques entre les plaques sont limitées par la distance qui les sépare. Cela crée une différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur des plaques, générant ainsi une force attractive.

Le Vide et ses Variantes

1. Le Vide : En physique, le vide est un espace dépourvu de matière. Cependant, même dans un vide parfait, des fluctuations quantiques se produisent, créant des particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent constamment.

2. Le Demi-Vide : Le concept de demi-vide est souvent utilisé dans des contextes industriels et scientifiques pour désigner un état où la pression est réduite mais pas totalement nulle. Cela permet de réaliser des expériences ou des processus nécessitant une pression partiellement réduite.

3. L'Ultra-Vide : L'ultra-vide est un état où la pression est extrêmement basse, souvent inférieure à 1 × 10^-6 pascals. Dans ces conditions, les molécules de gaz sont si rares qu'elles parcourent de grandes distances sans collision. L'ultra-vide est essentiel pour des expériences de surface et des applications en physique des particules.

Vide quantique : qu'est-ce que c'est ? | Interview de Claude Aslangul | Futura

Les Particules du Vide

Le vide quantique n'est pas un néant absolu. Il est peuplé de particules virtuelles qui apparaissent et disparaissent en respectant le principe d'incertitude d'Heisenberg. Ces particules jouent un rôle crucial dans des phénomènes tels que l'effet Casimir et l'énergie du vide.

1. Fluctuations Quantiques : Les fluctuations quantiques sont des variations temporaires de l'énergie dans le vide. Elles sont responsables de la création de particules virtuelles qui exercent des forces mesurables sur des objets physiques.

2. Énergie du Vide : L'énergie du vide est l'énergie résiduelle présente dans le vide quantique. Elle est à l'origine de phénomènes tels que l'émission spontanée et le décalage de Lamb.

L'énergie du vide quantique, -1/12 et l'effet Casimir

Conclusion

L'effet Casimir et les différentes formes de vide révèlent la complexité et la richesse du vide quantique. Ces phénomènes nous permettent de mieux comprendre les interactions fondamentales dans l'univers et ouvrent la voie à de nouvelles découvertes en physique.

Voici une sélection de trois thèses portant sur les particules du vide, ainsi que trois articles de presse scientifique récents sur le sujet :

cherches actuelles sur les particules du vide et leurs implications en physique moderne.

cea.hal.science

[PDF] Le vide est-il une substance? - HAL-CEA

9 janvier 2022 — L'espace vide n'est autre que le volume occupé par l'énergie. Lorsque l'énergie, flux sans limite, est subtile au point de n'avoir pas de ...

indico.in2p3.fr

[PDF] Qu'est ce qui se cache derrière le vide ?

Aristote: 384- 322 av JC En plus des quatre éléments d'Empedocle, Aristote en introduisit un cinquième (l'Ether) emplissant le Cosmos pour réfuter le vide.

osti.gov

[PDF] THÈSE de DOCTORAT PHYSIQUE DES PARTICULES ... - OSTI.GOV

Je souhaiterais souligner ici le rôle important de mon entourage professionnel et personnel ; je n'aurai pas pu effectuer le travail décrit dans cette thèse ...

..

Read More

Étude de la Levée Spectrale du Photon avec le Radiomètre de Crookes

La levée spectrale du photon, observée à travers le radiomètre de Crookes, ouvre des perspectives fascinantes sur le déphasage quantique du spectre. Ce spectre, intrinsèquement thermodynamique, pourrait révéler des interactions complexes entre la dynamique photonique, la pression de radiation et les propriétés des matériaux nanostructurés comme le mica.

Dans cette étude, nous explorons la possibilité qu'un faisceau laser de 405 nm, en super-résonance quantique entre deux modèles de mica, induise une vibration de fréquence spectrale se dispersant sur le matériau. Ce phénomène pourrait être lié à un effet optomécanique quantique, influencé par la nano-structuration du mica et les interactions avec un gaz quantique non formé.

Dynamique Photonique et Effets Optomécaniques

Les photons, bien que dépourvus de masse, possèdent une énergie et une impulsion capables d'induire des interactions dynamiques sur des matériaux ultralégers. Dans le cadre du radiomètre de Crookes, ces interactions peuvent être décomposées en plusieurs effets physiques :

✅ Effet Casimir Dynamique : Une interaction entre les fluctuations du vide quantique et le champ électromagnétique oscillant du laser pourrait produire un effet mécanique mesurable.

✅ Pression de Radiation : Un flux de photons cohérent exerce une pression sur les pales du radiomètre, modifiant leur mouvement en fonction des propriétés optiques et thermodynamiques des surfaces.

✅ Amplification Quantique de Gravitation : Une répartition asymétrique des photons pourrait, en théorie, déclencher un effet gravitationnel à très faible échelle, ouvrant une nouvelle voie d'exploration pour l'interaction entre la lumière et la gravitation.

Gaz Quantique Non Formé et Contraintes Thermodynamiques

L'un des aspects les plus fascinants de cette expérience repose sur le gaz quantique non formé. En effet, le mica soumis à un bombardement laser intense devrait, en théorie, amorcer une transition vers un état gazeux. Toutefois, ce passage ne s'effectue pas, suggérant une interaction quantique limitant cette transition.

Les contraintes thermodynamiques de ce gaz hypothétique sont influencées par des paramètres tels que :

• Le confinement dans des puits quantiques nanostructurés, qui modifie la dynamique des quasiparticules dans le mica.

• L'effet de déphasage relatif, qui engendre une pression quantique résultant en une force appliquée sur les pales du radiomètre.

Pression Quantique et Rélativité Locale

Notre hypothèse introduit une asymétrie entre deux modèles de relativité locale :

🔹 Face A : Une amélioration locale de la relativité due à une redistribution photonique et une accumulation de l'effet de pression quantique.

🔹 Face B : Une réduction locale de la relativité par l'imputation de la surface et de la pression d'un pré-gaz quantique.

Cette dualité pourrait être à l'origine du mouvement du radiomètre, non seulement sous l'effet de la pression de radiation mais également sous une interaction opto-gravitonique potentielle.

Différentes gravités (Relativités) dans le même aquarium 
Notions de gravités et gravités quantique 

Expériences Proposées

Pour tester ces hypothèses, plusieurs expériences peuvent être envisagées :

1️⃣ Analyse spectrale du rayonnement réfléchi : Observer d'éventuels décalages spectraux du laser après interaction avec le mica, indiquant une modification du spectre lumineux.

2️⃣ Mesure des vibrations du mica : Utiliser un interféromètre à haute précision pour détecter des oscillations nanométriques induites par la pression de radiation.

3️⃣ Dynamique du radiomètre sous laser : Comparer le mouvement des pales sous différentes longueurs d'onde laser pour étudier l'effet d'un couplage quantique entre la matière et la lumière.

4️⃣ Détection d'effets de gravitation photonique : Explorer si des interféromètres ultra-sensibles comme LIGO pourraient capter une infime distorsion de l'espace-temps induite par un flux lumineux intense.

Conclusion et Perspectives

L'ensemble de ces observations souligne la complexité des interactions entre la mécanique quantique, l'optique et la thermodynamique. L'expérience proposée avec le radiomètre de Crookes pourrait ouvrir une nouvelle voie pour explorer les phénomènes optomécaniques et l'impact gravitationnel des photons.

Si ces hypothèses se vérifient, elles pourraient mener à :
✅ Une meilleure compréhension des interactions quantiques-lumière.
✅ Une possible preuve indirecte du graviton, via la mesure d'une influence gravitationnelle d'un flux lumineux.
✅ Une réévaluation du rôle des nano-matériaux dans la transmission d'ondes lumineuses et quantiques.

💡 Idée révolutionnaire : Un simple radiomètre de Crookes sous un faisceau laser pourrait-il devenir un détecteur artisanal d'effets quantiques gravitationnels ? 🚀

Thèse : 

Sorbonne Université
Etude du spectre d’excitation des quasiparticules dans les supraconducteurs non conventionnels par Yves Noat

Mémoire d’habilitation à diriger des recherches Soutenu le 1er juin 2018 devant les membres du jury :

• Véronique Brouet
• Benoît Doucot
• Ricardo Lobo
• Yann Gallais
• Matteo d’Astuto (Rapporteur)
• Charles Simon (Rapporteur)
• Marco Aprili (Rapporteur)

Etude du spectre d’excitation des quasiparticules dans les supraconducteurs non conventionnels
HAL Id: tel-02900845 https://hal.science/tel-02900845v1
Publiée le 22 Juillet 2020

Read More

Le Photon Sombre et le Photon Noir : Clés de la Matière et de l’Énergie Noires ?

 

Introduction : Vers Une Nouvelle Physique des Photons Cachés

La physique des particules repose sur le Modèle Standard, qui décrit avec précision les interactions fondamentales : électromagnétique, faible, forte et gravitationnelle. Toutefois, ce modèle est incomplet, notamment lorsqu’il s’agit d’expliquer l’énergie noire et la matière noire, deux composantes qui représentent respectivement ≈ 68 % et 27 % de l’Univers, mais dont la nature reste encore inconnue.

Deux hypothèses émergent pour combler ces lacunes :

• Le photon sombre (dark photon), une particule hypothétique médiatrice d'une force inconnue, qui pourrait interagir avec la matière noire.
• Le photon noir (black photon), une hypothèse moins développée, mais qui pourrait être une version extrême du photon sombre ou une particule issue des fluctuations quantiques du vide, interagissant de manière ultra-faible avec la matière baryonique et les champs électromagnétiques connus.

Ces concepts ouvrent des perspectives fascinantes sur la physique au-delà du Modèle Standard, la gravité modifiée, et la cosmologie des grandes structures de l’Univers.

1. Le Photon Sombre : Un Médiateur Caché Entre la Matière Noire et l’Univers Visible

1.1. Définition et Propriétés du Photon Sombre

Le photon sombre est une particule hypothétique ressemblant au photon ordinaire (γ), mais interagissant principalement avec la matière noire via une force sombre encore inconnue. Il serait porteur d’un nouveau champ de jauge, souvent noté U(1)'.

Propriétés attendues :

• Possède une masse non nulle (contrairement au photon ordinaire).
• Se couple faiblement aux particules du Modèle Standard via un mélange cinétique avec le photon ordinaire.
• Pourrait jouer un rôle dans la dynamique de la matière noire en permettant des interactions entre particules sombres.

1.2. Comment Détecter le Photon Sombre ?

Les expériences visant à détecter le photon sombre reposent sur la conversion d’un photon sombre en photon ordinaire via des processus de mélange cinétique.

• Expériences d’oscillation photon ↔ photon sombre : Des expériences comme ALPS-II (Any Light Particle Search) ou LIPSS tentent de détecter ces conversions en laboratoire en utilisant de puissants champs magnétiques.
• Effets astroparticulaires : La présence du photon sombre pourrait expliquer certaines anomalies observées dans les signaux de rayons cosmiques et dans la dynamique des galaxies.
• Collisionneurs à haute énergie : Des expériences au LHC et au Fermilab recherchent des signatures d’un photon sombre dans les produits de collision de particules.

1.3. Rôle du Photon Sombre dans la Matière Noire et l’Expansion de l’Univers

Le photon sombre pourrait fournir une explication aux observations cosmologiques anormales :

• Une nouvelle interaction dans la matière noire : Si la matière noire interagit via des photons sombres, cela pourrait expliquer certaines distributions non homogènes de la matière noire dans les galaxies.
• Une explication de l’énergie noire : Certains modèles suggèrent que des fluctuations du champ du photon sombre pourraient être liées à l’expansion accélérée de l’Univers.

2. Le Photon Noir : Une Forme Étrange d’Excitation du Vide Quantique ?

Le photon noir est un concept plus spéculatif, qui désigne un type hypothétique de quanton électromagnétique ne possédant aucune interaction détectable avec la matière ordinaire. Contrairement au photon sombre qui pourrait avoir une masse et interagir avec la matière noire, le photon noir serait une excitation du vide quantique inaccessible à la physique actuelle.

2.1. Théories et Propriétés du Photon Noir

Certaines théories avancent que le photon noir pourrait être :

• Un état topologique du vide quantique, issu des fluctuations quantiques extrêmes.
• Une particule émergente dans des modèles de gravité quantique, où il n’interagirait qu’avec des dimensions cachées.
• Un composant de l’énergie noire, agissant sur l’expansion de l’Univers par un mécanisme encore inconnu.

2.2. Pourquoi le Photon Noir Est-il si Difficile à Détecter ?

Si le photon noir existe, il n’interagit pas avec les champs électromagnétiques ordinaires ni avec la matière, rendant son détecteur quasi-impossible. Cependant, certaines méthodes indirectes pourraient être explorées :

• Effets gravitationnels infimes sur des objets massifs (courbure subtile de l’espace-temps).
• Signatures thermodynamiques dans des systèmes à basse température et supraconducteurs.
• Oscillations dans des cavités optiques où il pourrait affecter subtilement la dynamique des photons classiques.

À la recherche du mystérieux photon noir : l'expérience NA64

3. Expériences et Perspectives Futures

3.1. Détection Indirecte via les Anomalies Cosmiques

• Les lentilles gravitationnelles modifiées : Des photons noirs pourraient perturber la manière dont la lumière est déviée autour des galaxies.
• La structure fine du fond diffus cosmologique (CMB) : Une légère interaction avec les photons du CMB pourrait laisser une empreinte détectable.
• Les trous noirs et la radiation Hawking modifiée : Si les photons noirs existent, leur influence pourrait être recherchée dans l’évaporation des trous noirs.

3.2. Tests en Laboratoire et Technologiques

• Effets quantiques dans les supraconducteurs : Certaines théories prédisent que le photon noir pourrait être détecté via des oscillations électromagnétiques anormales dans des supraconducteurs ultra-froids.
• Technologies optiques avancées : Des expériences en cavité Fabry-Pérot ou interférométrie ultra-sensible pourraient permettre d’explorer d’éventuelles fluctuations de photons noirs dans le vide quantique.

Conclusion : Une Nouvelle Lumière sur l’Univers Sombre ?

Le photon sombre et le photon noir sont des concepts révolutionnaires qui pourraient expliquer certaines des plus grandes énigmes de la cosmologie moderne.

✅ Le photon sombre offre une piste vers une nouvelle interaction entre la matière noire et la matière visible, ouvrant des voies expérimentales à explorer au LHC ou en astrophysique.

✅ Le photon noir, plus spéculatif, pourrait être une forme inédite d’excitation du vide quantique, jouant un rôle crucial dans l’expansion de l’Univers et la nature de l’énergie noire.

Prochaines étapes ? Si l’un de ces photons était détecté, il pourrait révolutionner notre compréhension de l’Univers et ouvrir la voie à une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard.

🚀 Et si, dans les profondeurs du cosmos ou dans les expériences de laboratoire les plus sensibles, nous découvrions enfin une trace de ces photons invisibles ?

Read More

Photon, Graviton et Gluon : Des Particules Sans Masse et Leurs Effets Gravitationnels

 

1. Les Particules Médiatrices et Leur Impact sur la Courbure de l’Espace-Temps

Le photon, médiateur de l’interaction électromagnétique, est une particule de masse nulle mais possédant une énergie $E = h\nu$ et une impulsion $p = E/c$, ce qui lui confère une interaction physique bien réelle malgré l’absence de masse au repos.

Le graviton, hypothétique quanton de la gravité dans les théories de la gravité quantique, serait également une particule de masse nulle. Son rôle serait d’assurer la quantification du champ gravitationnel et de transmettre la force de gravitation, en accord avec la relativité générale d’Einstein.

Les gluons, quant à eux, sont les porteurs de l’interaction forte, assurant la cohésion des quarks au sein des nucléons. Bien qu’ils soient également sans masse, leur confinement au sein des hadrons génère un effet macroscopique considérable, en raison du mécanisme de confinement de couleur imposé par la chromodynamique quantique (QCD).

2. Influence des Particules Sans Masse sur la Gravité

Un point fondamental en physique relativiste est que même une particule de masse nulle contribue à la courbure de l’espace-temps via son énergie et son impulsion. Cela signifie qu’un flux de photons, lorsqu’il est suffisamment intense, doit générer un champ gravitationnel, bien que cet effet soit extrêmement faible.

Des implications directes sont observables en astrophysique :

• L’effet Shapiro : Un retard temporel mesurable sur un signal électromagnétique traversant un champ gravitationnel intense.
• La courbure des rayons lumineux par un champ gravitationnel, démontrée par l’expérience d’Eddington en 1919 lors d’une éclipse solaire.
• Les effets de lentille gravitationnelle, où des amas de galaxies dévient la lumière de sources lointaines, prouvant que l’énergie du rayonnement électromagnétique interagit avec la géométrie de l’espace-temps.

Dans cette optique, il devient légitime d'explorer si un flux cohérent de photons, tel qu’un faisceau laser, peut produire un effet gravitationnel localement mesurable.

Laser et Amplification Quantique de Gravité

L’idée repose sur le fait qu’un flux lumineux cohérent (tel un laser de 405 nm, 5 mW) pourrait interagir avec un radiomètre de Crookes ou un matériau à structure nanométrique tel que le mica, et induire des vibrations mécaniques interprétables comme une amplification gravitationnelle locale.

3.1. Effets Physiques Potentiellement Impliqués

✅ Effet Casimir Dynamique : Un champ électromagnétique oscillant pourrait modifier la structure du vide quantique, générant des fluctuations d’énergie qui se manifesteraient sous forme de forces mécaniques mesurables.

✅ Amplification quantique de gravité : Un faisceau laser intense pourrait influencer les mouvements mécaniques d’objets ultra-légers, ouvrant la possibilité d’une modulation quantique de l’inertie ou d’un effet gravitationnel photonique exploitable expérimentalement.

✅ Photon et gravité modifiée : Des expériences menées sur des miroirs optomécaniques ultra-sensibles montrent déjà que la pression de radiation d’un faisceau lumineux peut induire des perturbations infimes du mouvement. Ces observations pourraient être étendues à l’interaction photonique-gravitationnelle.

Expériences Possibles

4.1. Vibration des Palettes de Mica sous Excitation Laser

• Objectif : Observer si un laser dirigé sur un radiomètre de Crookes modifie l’inertie apparente des palettes et induit une amplification du mouvement.
• Hypothèse : L’énergie photonique absorbée par le mica interagirait avec le vide quantique et créerait un effet de rétroaction dynamique sur la masse effective des palettes.

4.2. Effet Casimir Dynamique et Photons Virtuels

• Protocole : Une cavité optique soumise à une modulation haute fréquence pourrait générer une signature énergétique traduisant une modification locale du champ gravitationnel quantique.
• Indicateur clé : Un changement mesurable dans le spectre énergétique de la cavité en fonction de l’intensité lumineuse injectée.

4.3. Détection de Fluctuations Gravitationnelles Induites par le Rayonnement

• Expérience avancée : Utilisation d’interféromètres ultra-sensibles, comme LIGO, pour détecter des variations infinitésimales de l’espace-temps sous l’influence d’un flux lumineux extrême.
• Impact attendu : Une éventuelle perturbation détectable du tissu spatio-temporel, signifiant une interaction directe entre la lumière cohérente et la gravité.

Perspectives Théoriques et Répercussions Scientifiques

Si ces principes étaient validés expérimentalement, plusieurs avancées majeures pourraient en découler :

✅ Couplage entre lumière et gravité en absence de masse : Une confirmation expérimentale de ce phénomène ouvrirait des perspectives nouvelles pour la physique quantique et relativiste.

✅ Preuve indirecte de l’existence du graviton : La détection d’une influence gravitationnelle d’un rayonnement photonique intense pourrait fournir une piste pour identifier les effets gravitationnels quantiques à des échelles accessibles en laboratoire.

✅ Convergence entre mécanique quantique et relativité générale : L’interaction entre les photons et la gravité pourrait contribuer à une théorie unifiée de la gravité quantique, en révélant des effets mesurables dans des dispositifs expérimentaux accessibles.

Le Plasma de Quarks et de Gluons

Le Plasma de Quarks et de Gluons

Les photons, les gluons et les gravitons ont une masse infinitésimale

Photon, Graviton et Gluon : Des Particules Sans Masse et Leurs Effets Gravitationnels

Conclusion : Vers une Révolution de la Gravité Photonique ?

L’idée selon laquelle un simple radiomètre de Crookes sous un faisceau laser pourrait être le premier détecteur artisanal d’un effet gravitationnel photonique est une hypothèse audacieuse mais fascinante.

Si une influence gravitationnelle du rayonnement lumineux cohérent était confirmée, cela modifierait notre compréhension actuelle des interactions fondamentales et pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies exploitant la gravité quantique.

👉 Et si un simple faisceau laser bien dirigé pouvait révéler les premiers indices expérimentaux de la gravité quantique ?

🚀 Une expérience à la portée de tous, mais dont les implications pourraient bouleverser la physique moderne.

Read More