Dans le monde étonnant de la physique, l'impossible, mais pas immédiatement, mais devient toujours possible. Et ces derniers temps, les scientifiques ont réussi à réaliser des choses vraiment super impossibles. La science progresse. Un seul monstre de pâtes sait quoi d'autre nous attend dans ses entrailles les plus secrètes. Aujourd'hui, nous analyserons une douzaine de choses, d'états et d'objets irréels devenus possibles grâce à la physique moderne.
Des températures incroyablement basses
Dans le passé, les scientifiques étaient incapables de refroidir les objets en dessous du seuil dit de «limite quantique». Pour refroidir quelque chose dans un tel état, il est nécessaire d'utiliser un laser avec des atomes se déplaçant très lentement et de supprimer les vibrations génératrices de chaleur qu'ils génèrent.
Cependant, les physiciens ont trouvé la bonne solution. Ils ont créé un tambour vibrant en aluminium ultra-minuscule et ont pu le refroidir à 360 µK, soit 10 000 fois la température dans les profondeurs mêmes de l'espace.
Le diamètre du tambour n'est que de 20 micromètres (le diamètre d'un cheveu humain est de 40 à 50 micromètres). Il a été possible de le refroidir à de telles températures ultra-basses grâce à une nouvelle technologie de la soi-disant "lumière pressée", dans laquelle toutes les particules ont la même direction. Cela élimine les vibrations générant de la chaleur dans le laser. Même si le tambour a été refroidi à la température la plus basse possible, ce n'est pas le type de matière le plus froid. Ce titre appartient au condensat de Bose - Einstein. Même ainsi, la réussite joue un rôle important. Depuis un jour, une méthode et une technologie similaires peuvent trouver leur application pour créer une électronique ultra-rapide, ainsi que pour aider à comprendre le comportement étrange des matériaux dans le monde quantique, approchant dans leurs propriétés des limites physiques.
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La lumière la plus brillante
La lumière du soleil est d'une brillance aveuglante. Imaginez maintenant la lumière d'un milliard de soleils. C'est lui qui a été récemment créé par des physiciens en laboratoire, en fait, ayant créé la lumière artificielle la plus brillante sur Terre, qui, de plus, se comporte de manière très imprévisible. Cela change l'apparence des objets. Cependant, cela n'est pas disponible pour la vision humaine, il reste donc à prendre les physiciens au mot.
Trou noir moléculaire
Un groupe de physiciens a récemment créé quelque chose qui se comporte comme un trou noir. Pour ce faire, ils ont pris la source de lumière cohérente Linac (LCLS) laser à rayons X la plus puissante au monde et l'ont utilisée pour faire heurter des molécules d'iodométhane et d'iodobenzène. Initialement, l'impulsion laser devait éliminer la plupart des électrons de l'orbite des atomes d'iode, laissant un vide à leur place. Dans les expériences avec des lasers plus faibles, ce vide, en règle générale, était immédiatement rempli d'électrons provenant des limites les plus externes de l'orbite atomique. Lorsque le laser LCLS a frappé, le processus attendu a commencé, mais un phénomène vraiment étonnant a suivi. Ayant reçu un tel niveau d'excitation, l'atome d'iode a commencé à dévorer littéralement les électrons des atomes d'hydrogène et de carbone à proximité. De l'extérieur, cela ressemblait à un minuscule trou noir à l'intérieur de la molécule.
Les impulsions laser suivantes ont assommé les électrons attirés, mais le vide a attiré de plus en plus. Le cycle a été répété jusqu'à ce que toute la molécule explose. Fait intéressant, l'atome de la molécule d'iode était le seul à présenter un tel comportement. Comme il est en moyenne plus grand que les autres, il est capable d'absorber une énorme quantité d'énergie des rayons X et de perdre ses électrons d'origine. Cette perte laisse l'atome avec une charge positive suffisamment forte, avec laquelle il attire les électrons d'autres atomes plus petits.
Hydrogène métallique
Il a été appelé le "Saint Graal de la physique des hautes pressions", mais jusqu'à récemment personne n'a réussi à l'obtenir. La possibilité de convertir l'hydrogène en métal a été annoncée pour la première fois en 1935. Les physiciens de l'époque ont suggéré qu'une telle transformation pourrait être provoquée par une pression très forte. Le problème était que les technologies de l'époque ne pouvaient pas créer une telle pression.
En 2017, l'équipe américaine de physiciens a décidé de revenir à l'ancienne idée, mais a adopté une approche différente. L'expérience a été réalisée à l'intérieur d'un dispositif spécial appelé étau diamant. La pression générée par cet étau est produite par deux diamants synthétiques situés de part et d'autre de la presse. Grâce à cet appareil, une pression incroyable a été atteinte: plus de 71,7 millions de psi. Même au centre de la terre, la pression est plus faible.
Puce informatique avec cellules cérébrales
Donnant vie à l'électronique, la lumière pourrait un jour remplacer l'électricité. Les physiciens ont réalisé le potentiel incroyable de la lumière il y a des décennies, lorsqu'il est devenu clair que les ondes lumineuses pouvaient se déplacer parallèlement les unes aux autres et ainsi effectuer de nombreuses tâches simultanées. Notre électronique repose sur des transistors pour ouvrir et fermer les voies de circulation de l'électricité. Ce schéma impose de nombreuses restrictions. Cependant, récemment, des scientifiques ont créé une invention étonnante - une puce informatique qui imite le travail du cerveau humain. Grâce à l'utilisation de faisceaux de lumière interactifs qui fonctionnent comme des neurones dans un cerveau vivant, cette puce est capable de vraiment "penser" très rapidement.
Auparavant, les scientifiques pouvaient également créer de simples réseaux de neurones artificiels, mais un tel équipement prenait plusieurs tables de laboratoire. Il était considéré comme impossible de créer quelque chose avec la même efficacité, mais avec une taille beaucoup plus petite. Et pourtant, cela a réussi. La puce à base de silicium ne mesure que quelques millimètres. Et il mène des opérations de calcul à l'aide de 16 neurones intégrés. Ça se passe comme ça. Une lumière laser est fournie à la puce, qui est divisée en plusieurs faisceaux, dont chacun contient un numéro de signal ou des informations dont le niveau de luminosité varie. L'intensité de sortie des lasers fournit la réponse à un problème numérique ou à toute information pour laquelle une solution était requise.
Forme impossible de la matière
Il existe un type de matière appelée «solide superfluide». Et en fait, cette question n'est pas aussi terrible que cela puisse paraître d'après le nom. Le fait est que cette forme de matière très bizarre a une structure cristalline caractéristique des solides, mais en même temps c'est un liquide. Ce paradoxe est resté longtemps non réalisé. Cependant, en 2016, deux groupes de scientifiques indépendants (américains et suisses) ont créé de la matière, qui peut à juste titre être attribuée aux propriétés d'un solide superfluide. Fait intéressant, les deux équipes ont utilisé différentes approches pour le créer.
Les Suisses ont créé le condensat de Bose-Einstein (la matière la plus froide connue) en refroidissant le gaz rubidium à des températures extrêmement basses. Ensuite, le condensat a été placé dans une installation à deux chambres, dans chaque chambre de laquelle de petits miroirs dirigés l'un vers l'autre étaient installés. Des faisceaux laser ont été dirigés vers les caméras, ce qui a déclenché la transformation. Les particules de gaz, en réponse à l'action du laser, ont construit la structure cristalline du solide, mais en général la matière a conservé sa propriété de fluide.
Les Américains ont obtenu une matière hybride similaire à base d'un condensat d'atomes de sodium, qui a également été fortement refroidi et exposé à un laser. Ces derniers ont été utilisés pour déplacer la densité des atomes avant l'apparition d'une structure cristalline sous forme liquide.
Fluide de masse négative
En 2017, les physiciens ont créé une chose vraiment cool: une nouvelle forme de matière qui se déplace vers la force qui la repousse. Bien que n'étant pas vraiment un boomerang, cette matière a ce que vous pourriez appeler une masse négative. Avec une masse positive, tout est clair: vous donnez une accélération à un objet, et il commence à se déplacer dans la direction dans laquelle cette accélération a été transmise. Cependant, les scientifiques ont créé un fluide qui fonctionne très différemment de tout ce qui existe dans le monde physique. Lorsqu'il est poussé, il accélère jusqu'à la source de l'accélération exercée.
Et encore une fois, le condensat de Bose-Einstein est venu à la rescousse dans ce domaine, dans le rôle duquel les atomes de rubidium étaient refroidis à des températures ultra-basses. Ainsi, les scientifiques ont obtenu un liquide superfluide de masse normale. Ensuite, ils ont fortement compressé les atomes avec des lasers. Puis, avec le deuxième ensemble de lasers, ils ont fortement excité les atomes, à tel point qu'ils ont changé leurs spins. Lorsque les atomes étaient libérés de la prise du laser, la réaction d'un liquide ordinaire serait l'envie de se déplacer du centre de fixation, ce qui en fait peut être interprété comme une poussée. Cependant, le liquide superfluide fait de rubidium, dont les atomes ont reçu une accélération suffisante, est resté en place une fois libéré de la poignée laser, démontrant ainsi une masse négative.
Cristaux de temps
Lorsque Frank Wilczek, le lauréat du prix Nobel, a proposé pour la première fois l'idée de cristaux de temps, cela semblait fou. Surtout dans la partie où il a été expliqué que ces cristaux peuvent avoir du mouvement, tout en restant dans un état de repos, c'est-à-dire démontrant le niveau d'énergie le plus bas de la matière. Cela semblait impossible, car l'énergie est nécessaire pour le mouvement, et la théorie, à son tour, disait qu'il n'y avait pratiquement pas d'énergie dans de tels cristaux. Wilczek croyait que le mouvement perpétuel pouvait être obtenu en changeant l'état fondamental de l'atome de cristal de stationnaire à périodique. Cela allait à l'encontre des lois de la physique que nous connaissons, mais en 2017, 5 ans après que Wilczek l'ait suggéré, les physiciens ont trouvé un moyen de le faire. En conséquence, un cristal du temps a été créé à l'Université de Harvard, où les impuretés azotées «tournaient» dans les diamants.
Miroirs Bragg
Le miroir Bragg n'est pas très réfléchissant et se compose de 1000 à 2000 atomes. Mais il est capable de réfléchir la lumière, ce qui le rend utile partout où de minuscules miroirs sont nécessaires, comme dans l'électronique de pointe. La forme d'un tel miroir est également inhabituelle. Ses atomes sont suspendus sous vide et ressemblent à une chaîne de perles. En 2011, un groupe de scientifiques allemands a pu créer un miroir de Bragg, qui à l'époque présentait le plus haut niveau de réflexion (environ 80%). Pour ce faire, les scientifiques ont combiné 10 millions d'atomes dans une structure en réseau.
Cependant, plus tard, des équipes de recherche danoises et françaises ont trouvé un moyen de réduire considérablement le nombre d'atomes nécessaires, tout en maintenant une efficacité de réflexion élevée. Au lieu de se regrouper étroitement, les atomes ont été placés le long d'une fibre optique microscopique. Avec le placement correct, les conditions nécessaires se présentent - l'onde lumineuse est réfléchie directement vers son point d'origine. Lorsque la lumière est transmise, certains photons se détachent de la fibre et entrent en collision avec des atomes. Les efficiences de réflexion démontrées par les équipes danoise et française sont très différentes et se situent respectivement autour de 10 et 75 pour cent. Cependant, dans les deux cas, la lumière revient (c'est-à-dire est réfléchie) à son point d'origine.
En plus des avantages prometteurs dans le développement des technologies, ces miroirs peuvent être utiles dans les dispositifs quantiques, car les atomes utilisent en outre le champ lumineux pour interagir les uns avec les autres.
Aimant 2D
Les physiciens ont essayé de créer un aimant bidimensionnel depuis les années 1970 mais ont toujours échoué. Un véritable aimant 2D doit conserver ses propriétés magnétiques même lorsqu'il est séparé à un état où il devient bidimensionnel, ou seulement un atome d'épaisseur. Les scientifiques ont même commencé à douter qu'une telle chose était possible du tout.
Cependant, en juin 2017, les physiciens utilisant du triiodure de chrome ont finalement pu créer un aimant bidimensionnel. La connexion s'est avérée très intéressante de plusieurs côtés à la fois. Sa structure cristalline en couches est excellente pour le rétrécissement et, en outre, ses électrons ont la direction de spin souhaitée. Ces propriétés importantes permettent au triiodure de chrome de conserver ses propriétés magnétiques même après que sa structure cristalline a été réduite à l'épaisseur des dernières couches atomiques.
Le premier aimant 2D au monde pourrait être produit à une température relativement élevée de -228 degrés Celsius. Ses propriétés magnétiques cessent de fonctionner à température ambiante, car l'oxygène le détruit. Cependant, les expériences se poursuivent.
NIKOLAY KHIZHNYAK