Archive for the ‘fizica cuantica’ Category

Des ordinateurs quantiques topologiques

On rapporte, dans le domaine de la physique du solide, des signes convaincants – mais pas encore des preuves – de l’existence de fermions de Majorana. En théorie, ces particules pourraient servir à la réalisation d’ordinateurs quantiques moins sensibles au problème de la décohérence.

Le physicien italien Ettore Majorana partage avec Évariste Galois bien des points communs. Génie précoce né en 1906 et en avance sur son temps de plusieurs décennies, il disparaît mystérieusement en 1938 sans que l’on sache vraiment s’il s’est suicidé ou s’il avait décidé de se retirer du monde comme un Alexandre Grothendieck.

En 1937, Majorana avait publié un article prolongeant la théorie relativiste des électrons de Dirac. Celui-ci avait découvert une équation mariant la théorie de la relativité restreinte et la mécanique quantique, une nécessité pour décrire de façon cohérente des particules comme les protons, les neutrons et les électrons, connus à cette époque.

Magiquement, cette équation prédisait le spin 1/2 de l’électron ainsi que l’existence de son antiparticule, le positron. Elle permettait d’expliquer aussi pourquoi les gaz d’électrons étaient décrits par une statistique découverte par Fermi, différente de celle des photons d’Einstein, de spin 1. Depuis cette époque, les particules de spin demi-entier sont appelées fermions et les particules de spin entier sont nommées bosons. Majorana avait découvert un moyen de décrire des particules de spin demi-entier arbitraires, par exemple 3/2.

Neutrino, matière noire et fermions de Majorana

Dans la droite ligne de ses recherches, il découvrit, probablement même avant 1937, une théorie faisant intervenir ce qu’on appelle aujourd’hui des fermions de Majorana. Le photon est sans charge et il constitue sa propre antiparticule mais celle de l’antiparticule d’un électron est de charge opposée, c’est le positron. Les neutrinos sont neutres mais on sait qu’ils ont leur antiparticule, laquelle peut aussi être décrite par l’équation de Dirac. Toutefois, on a des raisons de penser que les neutrinos seraient mieux décrits par la théorie des fermions de Majorana, selon laquelle, tout comme pour les photons, les neutrinos seraient leur propre antiparticule.

Si les neutrinos sont leur propre antiparticule, un mode de désintégration double bêta sans neutrino est théoriquement possible. En plus de donner une confirmation de la nature de fermion de Majorana des neutrinos, l’observation de ce phénomène peut aider à la détermination de la valeur absolue de la masse des neutrinos.

Des fermions de Majorana apparaissent naturellement dans le cadre de théories supersymétriques. S’il existe, le fameux neutralino de ces théories, peut-être le meilleur candidat au titre de particule de matière noire, est un fermion de Majorana.

Toujours est-il que dans le domaine de la physique des particules, il n’y a pour le moment aucune preuve de l’existence des fermions de Majorana.

Dans le cadre de la physique du solide, les choses sont moins claires si l’on en croit un article récent sur le site du journal Nature. Un groupe de chercheurs en nanoscience de la Delft University of Technology en Hollande, mené par Leo Kouwenhoven, aurait réussi à produire des fermions de Majorana dans un dispositif constitué d’un nanofil en antimoniure d’indium, connecté à un supraconducteur. Aucune preuve définitive ne semble avoir été apportée mais les mesures obtenues paraissent très convaincantes.

Les fermions de Majorana de la physique du solide ne sont pas de vraies particules fondamentales mais des sortes d’excitations quantiques dans un solide. Si la découverte était confirmée, cela pourrait sembler, à priori, moins spectaculaire que si elle était faite dans le domaine de la physique des hautes énergies. Mais ce serait une erreur que de le penser…

Des qubits quantiques protégés de la décohérence par la topologie

En effet, des fermions de Majorana permettraient en théorie de faire ce qu’on appelle des ordinateurs quantiques topologiques.

Avec un ordinateur classique, le temps nécessaire pour trouver une clé de cryptage croît exponentiellement avec sa taille, c’est-à-dire le nombre de chiffres que comporte la clé. Avec un ordinateur quantique, ce temps augmente seulement comme une puissance de la taille. Un décryptage est donc possible bien plus rapidement. Dans le cas de décomposition de grands nombres en produits de facteurs premiers, de la recherche d’informations dans une base de données ou pour simuler des systèmes quantiques, les ordinateurs quantiques sont en théorie supérieurs aux classiques. Malheureusement, les ordinateurs quantiques de puissance suffisante pour les battre doivent éviter le problème de la décohérence, qui intervient pour résoudre le paradoxe du chat de Schrödinger.

Des fermions de Majorana dans des structures en 2D à l’intérieur des solides se comporteraient comme des anyons, qui ne sont ni vraiment des fermions, ni vraiment des bosons. Des lois topologiques rendraient des qubits formés de ces anyons bien plus résistants à la décohérence. De telles lois topologiques stabilisant des configurations sont déjà connues pour les solitons classiques mais aussi quantiques (par exemple les skyrmions).

Si des fermions de Majorana ont bel et bien été découverts dans le nanofil des chercheurs hollandais et s’il est possible de les manipuler, les rêves fondés sur les ordinateurs quantiques deviennent un peu plus proches de la réalité.

 

Idei ciudate in fizica: Cristalele de timp traduc simetria si in timp

 

Fizica in general este definta prin simetriile sale, pornind de la legile termodinamicii, privind conservarea masei si a energie, si pana la principiul conform caruia universul este in esenta acelasi peste tot.

Fizicienii, Frank Wilczek de la MIT – laureat al Premiului Nobel in 2004 si Alfred Shapere de la Universitatea din Kentucky, au scris doua lucrari despre o idee cel putin bizara, cristalele de timp, clasice si cuantice,  precizeaza <a href=”http://www.physorg.com/news/2012-02-crystals-perpetual-motion-machines.html” target=”_blank”>Physorg</a>.

Conform celor doi fizicieni, teoretic este posibil ca un sistem aflat in starea de energie minima, prezinta o miscare periodica, sistemul fiind echivalent temporal cu un cristal definit prin periodicitatea sa spatiala.

Wilczek si Shapere au efectuat calcule matematice complexe, care au relevat faptul ca un sistem in starea de minima energie, s-ar putea muta intr-o miscare periodica, cum ar fi o bucla sau o orbita, miscarea fiind de tip perpetuum mobile.
Definitia unui cristal este destul de simpla –  orice solid ale carui parti componente sunt aranjate intr-un model ordonat, repetand extinderea in toate cele trei dimensiuni spatiale. Desi cristale in sine sunt definite prin dispunerea lor simetrica, ele reprezinta de fapt o forma a ceea ce este cunoscut sub numele de rupere spontana de simetrie in sisteme inchise.
In cazul in care simetrie generala spatiala a fost distrusa, periodicitatea care defineste structura de cristal nu a fost pierduta in intregime. Cei doi fizicieni sustin ca simetria poate fi tradusa si in timp, in cazul cristalelor de timp. Desi nu a fost demonstrata existenta lor, fizicienii cred ca astfel de cristale ar putea exista in cazul supraconductorilor.
Wilczek, considera ca ideea cristalelor de timp, este dificila si din punct de vedere matematic, dar indiferent daca acestea ar exista sau nu in mod natural, ele reprezinta pana la urma o stare a materiei supusa unor tranzitii de faza. Conform celor doua studii cristalele de timp s-ar putea sa se deplaseze periodic pentru totdeauna, definind de fapt o miscare perpetua, fapt care ar conduce la obtinerea unei energii eterne.

Posibilitatea existentei cristalelor de timp, incita deja comunitatea stiintifica din domeniu, oamenii de stiinta planuind sa investigheze existenta lor in viitor.

 

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Big Bounce in loc de Big Bang – si un experiment indraznet al fizicienilor pentru confirmarea gravitatiei cuantice

Teoria gravitatie cuantice nu a fost pana acum testata, fizicienii spera sa descopere semnaturi ale unor radiatii studiind evaporarea unei gauri negre.

Big Bounce vs. Big Bang - experiment pentru confirmarea gravitatiei cuantice

Big Bounce vs. Big Bang – experiment pentru confirmarea gravitatiei cuantice

Teoria gravitatiei cuantice nu a fost pana acum testata, iar fizicienii spera sa descopere semnaturi ale unor radiatii, studiind evaporarea unei gauri negre. Fizicienii francezi si americani propun un experiment senzational – sondarea in cazul evaporarii unei gauri negre – care poate…

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06.01.2012

Noua particula descoperita in cadrul experimentului ATLAS

 

Cercetatorii de la Universitatea din Birmingham si de la Universitatea Lancaster, analizand datele furnizate de experimentul ATLAS au descoperit o noua particula, b chi (3P) care este un boson.

Particula nou descoperita la Large Hadron Collider, in cadrul experimentului ATLAS este b chi (3P) care rezultata din combinarea unui cuarc cu antiparticula sa, precizeaza <a href=”http://www.sciencedaily.com/releases/2011/12/111222102947.htm” target=”_blank”>Science Daily</a>.

Andy Chisholm, doctorand de la Universitatea din Birmingham, care a lucrat la analiza respectiva a declarat ca: „analiza  miliardelor de coliziuni de particule de la LHC este fascinanta,  existand  un potential de tot felul de lucruri interesante ingropate in datele culese, iar eu am fost norocos pentru a privi in locul potrivit la momentul potrivit „. Noua particula b chi(3P) a fost prezisa de mai multi teoreticieni, dar nu a fost observata pana acum in experimentele anterioare, inclusiv in cazul experimentului D-Zero de la Chicago, precizarea venind de la dr. James Walder asociat in cercetare si cel care a finalizat analiza datelor. Dr. Miriam Watson, considera ca masuratorile efectuate reprezinta o modalitate foarte buna de a testa calculele si predictiile teoretice, ale fortelor care guverneaza existenta particulelor fundamentale, care vor conduce in final la intelegerea modului de existenta si evolutie a Universului. Profesorul Roger Jones, directorul de cercetare  ATLAS Lancaster  a declarat ca: „in timp ce oamenii,  pe bună dreptate, sunt interesati de bosonul Higgs, care da particulelor  masa lor, investigarea cu ajutorul chi-ul b, va arata si alte interactiuni puternice”. Cercetarea publicata in <a href=”http://arxiv.org/abs/1112.5154” target=”_blank”>arXiv</a>  demonstreaza inca odata seriozitatea cu care fizicienii au scanat si prelucrat datele coliziunilor cu ajutorul detectorului ATLAS,  si va duce in final la descoperirea bosonului Higgs – particula teoretica gandita pentru a explica de ce Universul are masa. Profesorul Stefan Soldner Rembold, specialist in fizica particulelor elementare de  la Universitatea din Manchester a declarat ca bosonul Higgs  – „va fi intotdeauna un Premiu Nobel”, dar ca aceasta descoperire interesanta se lasa inca asteptata. Descoperirea si observarea noii particule chi b(3P) este cruciala pentru completarea lacunelor Modelului Standard si a modului in care specialistii si nu numai inteleg Fizica.

Detectorul gigant de neutrini devine realitate - vezi unde va fi amplasat

Detectorul gigant de neutrini devine realitate – vezi unde va fi amplasat

Un proiect indraznet, al unui consortiu format din 40 de institute de cercetari si universitati din 10 tari europene, va conduce la realizarea, in Marea Mediterana, a unui gigant observator al neutrinilor. Consortiul KM3NeT va deschide astfel o noua fereastra spre Univers,…

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21.12.2011

The most imposing building on Earth taller than Burj Khalifa greater than the Great Wall of China – is an underwater neutrino detector
The most spectacular building will be underwater neutrino detector, KM3NeT

A daring project, a consortium of 40 research institutes and universities in 10 European countries will lead to a giant in the Mediterranean neutrino observatory. KM3NeT Consortium will open a new window to the universe. The new observatory and neutrino detector will manage their detection and energy sources due to X-ray bursts, which occur in collisions between stars and supernovae.

The project consists in building a platform located at a depth of 914 meters in the Mediterranean, making it the largest structure ever built on Earth, after the Great Wall. Structure on a surface detection will be impressive, exceeding 3 cubic meters volume installations. Researchers involved in KM3NeT, compare the height of a tower of neutrino detector, with the tallest building on Earth, with a height of Burj Khalifa 828 meters.

source

http://www.km3net.org/physics.php

Cea mai spectaculoasa constructie subacvatica va fi un detector de neutrini- KM3NeT

 

Un proiect indraznet, al unui consortiu format din 40 de institute de cercetari si universitati din 10 tari europene, va conduce la realizarea in Marea Mediterana a unui gigant observator al neutrinilor. Consortiul KM3NeT va deschide astfel o noua fereastra spre Univers. Noul observator si detector de neutrini va reusi detectia acestora si sursele de energie datorate exploziilor de raze X, care apar in cazul coliziunilor dintre stele si supernove.

Proiectul consta in construirea unei platforme aflata la o adancime de 914 metrii in Marea Mediterana, structura acesteia devenind cea mai mare construita vreodata pe Terra, dupa Marele Zid Chinezesc. Structura de detectie va fi pe o suprafata impresionanta, volumul instalatiilor depasind 3 metrii cubi. Cercetatorii implicati in KM3NeT,  compara inaltimea unui turn din detectorul de neutrini, cu cea mai inalta cladire de pe Terra, Burj Khalifa avand o inaltime de 828 de metrii.

sursa

http://www.km3net.org/physics.php