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Clichés d'astéroïdes

(C) ESO/Vernazza et al. Dans le sens des aiguilles d’une montre en partant du haut à gauche, les astéroïdes Amphitrite, Bamberga, Pallas et Julie.

Les observations

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Des signaux électriques chez les bactéries

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Bioacoustique et applications

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Le cri d'alarme des ailes

En 1871, Charles Darwin signalait l’existence de signaux non vocaux chez certains oiseaux, produits par leurs plumes, lors de leurs parades amoureuses. Des chercheurs de l’université nationale d’Australie ...

Du plastique numérique

Des chercheurs ont réussi à inscrire et lire plusieurs octets d'information stockés sur des polymères synthétiques. C'est-à-dire à une échelle 100 fois plus petite que celle des disques durs actuels.

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Marie Curie (1867-1934)

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Née en Pologne à Varsovie en 1867, Marie Curie a mené toute sa carrière scientifique en France. Après de brillantes études en physique et en mathématiques, à la Sorbonne, éprise de "science pure", elle se lance dans ...

La foudre et les neutrons

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Le délai de Newton-Wigner

(C) Wikimedia

Une avancée récente devrait permettre une meilleure maîtrise de la transmission de l’information par fibre optique

Un peu de réflexion
Dans une fibre optique, la lumière est guidée et transmise d’un bout à l’autre de la fibre par de multiples réflexions. Examinons le phénomène de plus près. De manière générale, lorsqu’un faisceau lumineux aborde l’interface séparant deux milieux transparents, il se divise en deux. L'un quitte le premier milieu et passe dans le second avec changement de direction, c’est la réfraction. L’autre est renvoyé dans le premier milieu : il « rebondit » à l’interface avec un angle égal à l’angle d’incidence, c’est la réflexion. Si deux conditions sont réunies, la part réfractée peut être nulle, toute la lumière étant réfléchie, l’interface jouant le rôle d’un miroir. On parle alors de « réflexion totale ». C’est grâce à elle que la lumière voyage dans une fibre optique. Pour qu’il y ait réflexion totale, il faut que la lumière se propage moins vite dans le premier milieu (indice de réfraction plus élevé) que dans le second (indice moins élevé), et il faut aussi que le faisceau aborde l’interface sous un angle (par rapport à la verticale) supérieur à un angle critique qui dépend du rapport des deux vitesses, c’est l’angle de réflexion totale. On peut facilement observer cet effet miroir, en regardant de près l’interface eau-air, en étant dans l’eau, dans une piscine par exemple. Il faut être près de la surface de manière à ce que l’angle sous lequel le regard est porté soit supérieur à 49 degrés. Cette « optique géométrique » était connue dès le XVIIe siècle, notamment par Snell et Descartes.

L'onde évanescente
Cependant, Newton remarque que lors de la réflexion totale, la lumière semble quitter le premier milieu sur une très courte distance avant de revenir en arrière. Tout se passe comme si l’onde lumineuse se réfléchissait non à l’interface, mais un peu au-delà, dans le second milieu d’indice plus faible. Cette onde qui quitte le premier milieu avant de rebrousser son chemin est appelée « onde évanescente ». A cause de ce phénomène dont l’analogue quantique est appelé « effet tunnel », le faisceau réfléchi est très légèrement décalé par rapport à celui que prévoit l’optique géométrique, et il est également un petit peu en retard par rapport à lui. Le décalage spatial a été mesuré en 1947 par Goos et Hänchen. Quant au décalage temporel, étudié théoriquement par Wigner en 1955 et appelé « délai de Newton-Wigner », de l’ordre de 10-14 s, il vient d’être mesuré de manière indiscutable par des chercheurs rennais.
Le délai de Newton-Wigner
On comprend que ces décalages spatiaux et temporels affectent la transmission de l’information dans les fibres. Au-delà de son intérêt théorique, la meilleure compréhension de la réflexion totale devrait améliorer la technologie des fibres optiques.  
Publié le 17/10/1017

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La foudre et les neutrons
La foudre participe à la production de neutrons dans l'atmosphère

(C) Thomas Bresson - Eclairs, CC BY 2.0

On sait depuis près de soixante ans que sous l’impact des « rayons cosmiques » - essentiellement des protons de haute énergie dont l’origine reste inconnue - les noyaux des atomes percutés à haute altitude éclatent en gerbes de débris, parmi lesquels se trouvent des neutrons. Un neutron ainsi produit peut alors entrer en collision avec un noyau d’azote (7 protons et 7 neutrons) de l’atmosphère et produire du carbone 14 radioactif (6 protons et 8 neutrons), en éjectant un proton et en prenant sa place au sein du noyau. Au début des années 1970, les mesures du taux de carbone 14 et de ses fluctuations dans les cernes des arbres révèlent qu’outre le bombardement cosmique, un autre mécanisme producteur de neutrons devrait exister. Curieusement, les études montrent une corrélation entre l’augmentation du taux de carbone 14 et le nombre d’éclairs et de coups de foudre dans le ciel. Les physiciens se mettent alors à chercher une liaison entre les deux phénomènes et les mesures dans les années 1980 montrent qu’effectivement un coup de foudre produit entre 10 et 100 millions de neutrons ! Mais par quel mécanisme ? C’est ce qui est en train d’être élucidé, du moins partiellement… Les recherches récentes indiquent qu’un coup de foudre est amorcé lorsqu’une particule cosmique percute violemment un atome de l’atmosphère terrestre. L’énergie de la collision se matérialise alors via la relation E=mc2 en de nouvelles particules, dont des électrons et des positons (anti-électrons) qui se déplacent à de très grandes vitesses entrant en collision avec des atomes neutres et les ionisant. C’est ce processus d’ionisation qui rend l’air conducteur et amorce la décharge électrique qu’est la foudre ou l’éclair. Simultanément, lors de certains chocs, les électrons sont fortement décélérés et un « rayonnement de freinage » ou bremsstrahlung comportant des rayons gamma est émis. Si l’énergie de ces photons gamma dépasse 10,5 MeV, alors ils sont capables d’arracher des neutrons aux atomes d’azote. Les rayons cosmiques seraient donc à l’origine de la production de neutrons dans l’atmosphère selon deux mécanismes différents : collision directe avec les atomes, déclenchement de foudres émettrices de rayons gamma qui arracheraient des neutrons aux noyaux d’azote. Si les mécanismes en jeu sont compris dans les grandes lignes, de nombreux détails restent encore à élucider. Quoi qu’il en soit, ces recherches permettront à terme de mieux estimer les taux de carbone 14 dans le passé, ce qui conduira à de meilleurs datations.

(C) Thomas Bresson - Eclairs, CC BY 2.0

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http://physicsworld.com/cws/article/print/2017/oct/19/a-natural-neutron-source

Kamil Fadel
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