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Un moteur moléculaire à effet tunnel

Credit: Empa
Un moteur quantique
Comme d’autres moteurs moléculaires de cette échelle, le fonctionnement de ce nanomoteur conçu à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), met en jeu la mécanique quantique. Mais l’originalité de ce nouveau moteur réside dans le fait que la cause-même ...

Photo-ionisation

A photo of the COLTRIMS reaction microscope built by Alexander Hartung as part of his doctoral research in the experiment hall of the Faculty of Physics. Credit: Alexander Hartung.

La quantité de mouvement de la lumière

Bien que de masse nulle, la lumière possède une quantité de mouvement ...

Vers de nouvelles technologies de chargeurs

Image Vedecom - DR

Des composants indispensables

De nombreux appareils électriques fonctionnant sur piles ont besoin d’être chargés régulièrement. On emploie donc des accumulateurs électrochimiques. Ces derniers sont rechargeables un très grand nombre de fois, contrairement aux piles. Téléphones ...

Un micro-accélérateur de particules

Vue du tunnel du LHC - Auteur : Maximilien Brice, CERN

Des ondes électromagnétiques pour accélérer les particules

Les physiciens de l’infiniment petit emploient des accélérateurs pour communiquer aux particules de très grandes vitesses afin de produire des collisions énergétiques. Au CERN par exemple, ...

Tromper une caméra thermique

Caméras thermiques : « filmer la température »

Tout corps, en raison de sa température, émet par sa surface un rayonnement dont le spectre (fréquence ou longueur d’onde en abscisse, intensité en ordonnée) couvre théoriquement toute la gamme des ondes électromagnétiques, l’intensité de l’émission variant ...

Piles bêtavoltaïques au carbone 14 recyclé

Des piles « bêtavoltaïques »

Certains noyaux radioactifs, généralement ceux possédant trop de neutrons par rapport à leurs protons, transmutent un neutron en proton, électron et antineutrino. Cette réaction s’appelle la radioactivité bêta moins et s’écrit n -> p + e- + v. L’électron ...

Une forêt tropicale en Antarctique

Vue d'artiste de cette forêt (C) Alfred-Wegener-Institut, James McKay, Creative Commons licence C-BY 4.0
Un sol bien conservé

Des chercheurs de l'Institut Alfred-Wegener ont découvert un sol forestier du Crétacé très bien préservé dans les fonds marins proches du continent Antarctique. Une carotte sédimentaire a été prélevée en 2017 près du glacier de l'île de Pine Island. L’aspect de cette carotte a retenu l’attention des chercheurs : « la coloration inhabituelle de la couche sédimentaire située entre 27 et 30 m de profondeur différait nettement des couches supérieures » explique Dr. Johann Klages, géologue et principal auteur principal de cette étude, parue dans la revue Nature.

L’excellente préservation de ce sol vieux de 90 millions d’années a permis d'identifier des traces de pollen, de spores, des restes de plantes à fleurs avec leurs cellules individuelles et tout un réseau dense de racines. Ces informations précieuses issues des fossiles suggèrent un paysage étonnant dans l’Antarctique occidentale, à l’époque des Dinosaures : une région couverte par une forêt tropicale marécageuse, avec de nombreux conifères et des fougères arborescentes. L’un des chercheurs, le Professeur Salzmann, compare ainsi cette forêt ancestrale aux forêts qu’on peut trouver actuellement en Nouvelle-Zélande.

Une concentration en dioxyde de carbone revue à la hausse

Le Crétacé correspond à l’une des périodes les plus chaudes sur Terre, au cours des dernières 140 millions d’années, également caractérisée par un niveau élevé des océans.

L'étude approfondie des sédiments suggère une pluviométrie importante et une température annuelle moyenne de 12 °C, et de 19 °C l'été. Pour une région privée de soleil 4 mois par an durant la nuit polaire, ces niveaux sont incompatibles avec la présence d'une calotte glaciaire telle que celle existant actuellement. 

Ces conditions climatiques seraient dues à une forte concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère, expliquant un climat aussi tempéré sous de telles latitudes (82° S). « Avant cette étude, l’hypothèse généralement admise était que la concentration de dioxyde de carbone moyenne globale durant le Crétacé était d’environ 1 000 parties par million. Mais les résultats de nos simulations font ressortir des concentrations de 1 120 à 1 680 ppm », explique le Professeur Gerrit Lohmann.

Péripéties géologiques 
A l'époque du dépôt de ces sédiments, l'Ouest du continent Antarctique et la Zélande étaient sur le point de se séparer. Après ce phénomène d'expansion des fonds océaniques, le phénomène de subduction prit le dessus, ce qui explique que les couches géologiques se retrouvent sous les fonds marins aujourd'hui. D'autre part, durant la glaciation de l'Antarctique occidental, il y a 30-35 millions d'années, des sédiments du plateau continental ont été charriés par les glaciers jusqu'au fond des mers. Ces deux processus expliquent la situation actuelle de ces couches sédimentaires.

Publié le 20/04/2020

En savoir plus :

L’étude complète publiée sur Nature : https://www.nature.com/articles/s41586-020-2148-5.epdf?referrer_access_token=zdctooWmIkrZLMYcqEl3U9RgN0jAjWel9jnR3ZoTv0MUgcU_4QsUvTrkUoSjhemG2b7YiuOYcHX9_0y__xu3XNKefb2foLtaKkLSuC-ua6aP_DA6Dtn0lXmUktYhjhgi9WwJE1fE_36_XtVA2KwB93HaQ8wk_UUynIoIdrgcd8S9ueUzjsMPvYNwqv-QUVQoWFr6_aFQ4_u83nIfNchI09TYs3o1TMuRAHdsZTEf_ijt3gOUn6b2CaRIKPg1oo3549YEK19x3Har1IJCoasnyTEzSpIvtsbWkZ__2XEfH-s=&tracking_referrer=www.cbsnews.com

 

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Une approche surprenante des réseaux cristallins

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Cristal et brisure de symétrie 

Un cristal est un état de la matière dans lequel les atomes sont ordonnés selon une périodicité spatiale rigoureuse par opposition à l’état amorphe. Lorsqu’un cristal d’eau apparaît, les physiciens parlent de « brisure spontanée de symétrie », car dans l’eau liquide toutes les directions spatiales se valent, alors qu’après l’évènement, elles ne se valent plus. En 2012, le physicien Franck Wilczek suggère un système qui subirait une brisure de symétrie temporelle conduisant à un… cristal temporel. Il s’agirait d’un système qui se mettrait spontanément à osciller entre deux états avec une périodicité temporelle rigoureuse. Un pendule, dont l’énergie cinétique oscille périodiquement entre zéro - au sommet de sa trajectoire - et sa valeur maximale lorsqu’il passe par la verticale ne constitue pas un cristal temporel, car par définition un tel cristal doit osciller dans son état d’énergie minimale. Bien entendu, ce serait contradictoire que le pendule oscille à vitesse nulle. Cependant, un système dont l’expression mathématique de la dépendance de son énergie à sa vitesse serait telle que le minimum ne corresponde pas à l’immobilité serait préservé de cette contradiction. Habituellement, l’énergie cinétique dépend de la vitesse selon la célèbre formule E = ½.m.v2, mais si cette dépendance prenait la forme E = ¼.m.v4 – ½.m.v2, alors le minimum d’énergie serait atteint non pour v = 0 mais pour v = 1 ou v = -1. Or, la physique quantique nous apprend qu’un mouvement subsiste même à la température du zéro absolu (-273,15°C) : le minimum ne correspond pas à l’immobilité.

La perspective d’une expérience éclairante

En 2016, les physiciens sont parvenus à créer un système qui s’est mis spontanément à osciller entre deux états quantiques avec une périodicité temporelle rigoureuse. Dix atomes d’yttrium ont oscillé tous ensemble, basculant leur spin périodiquement dans le temps : haut, bas, haut, bas… Aux yeux de certains, il ne s’agissait pourtant pas d’un cristal temporel, car l’oscillation exigeait un apport extérieur d’énergie. Pour lever cette objection, une nouvelle expérience mettant en jeu des atomes froids interagissant les uns avec les autres vient d’être imaginée. Reste à la réaliser… En cas de succès, cela permettrait de relier l’espace au temps dans la théorie quantique comme cela est déjà le cas dans la théorie de la relativité. Ce rapprochement permettra peut-être d’y voir plus clair quant à une éventuelle unification des deux théories, une entreprise qui n’a essuyé que des échecs jusqu’à présent. Sur le plan pratique, les cristaux temporels constitueraient d’excellentes horloges et permettraient la réalisation d’ordinateurs quantiques entre autres…

Kamil Fadel
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