8 fois la physique nous a époustouflés en 2022

La première démonstration de fusion nucléaire ; l’image la plus profonde de l’univers jamais capturée ; détournements intentionnels d’astéroïdes et la découverte que notre meilleur modèle de réalité pourrait, en fait, être brisé. Qu’il s’agisse de jouer avec le monde bizarre du microscopique ou de regarder les étendues infinies de l’espace, 2022 a été une année absolument chargée pour la physique révolutionnaire. Voici 8 fois où la physique nous a époustouflés en 2022.

1. La fusion nucléaire atteint l’allumage

En décembre, des scientifiques du National Ignition Facility (NIF) financé par le gouvernement américain au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie ont utilisé le laser le plus puissant du monde pour réaliser quelque chose dont les physiciens rêvent depuis près d’un siècle – l’allumage d’une pastille de carburant par la fusion nucléaire.

La démonstration marque la toute première fois que l’énergie sortant du plasma dans le cœur ardent du réacteur nucléaire a dépassé l’énergie transmise par le laser, et a été un appel de ralliement pour les scientifiques de la fusion que l’objectif lointain d’une énergie presque illimitée et propre est en fait réalisable.

Les scientifiques ont cependant averti que l’énergie du plasma ne dépasse que celle des lasers, et non celle du réacteur dans son ensemble. De plus, la méthode de confinement laser utilisée par le réacteur NIF, construit pour tester les explosions thermonucléaires pour le développement de bombes, sera difficile à mettre à l’échelle. Nous sommes peut-être encore à des décennies des réacteurs à fusion commercialisés, et ils ne seront peut-être pas là à temps pour offrir une solution deus ex machina à la crise climatique, mais cela ne signifie pas que les nouvelles n’ont pas rendu l’avenir un peu plus brillant. .

2. La NASA s’écrase délibérément sur un astéroïde pour le détourner

En septembre, les scientifiques de la NASA ont frappé un « œil de boeuf » astronomique en dirigeant intentionnellement le vaisseau spatial DART (Double Asteroid Redirection Test) de 1 210 livres (550 kilogrammes) et 314 millions de dollars dans l’astéroïde Dimorphos à seulement 56 pieds (17 mètres) de son centre exact. . Le test a été conçu pour voir si un petit vaisseau spatial propulsé le long d’une trajectoire planifiée pouvait, avec un délai suffisant, rediriger un astéroïde à partir d’un impact potentiellement catastrophique avec la Terre.

Et ce fut un succès retentissant. L’objectif initial de la sonde était de modifier l’orbite de Dimorphos autour de son plus grand partenaire – l’astéroïde Didymos de 1 280 pieds de large (390 m) – d’au moins 73 secondes, mais le vaisseau spatial a en fait modifié l’orbite de Dimorphos de 32 minutes. La NASA a salué la collision comme un moment décisif pour la défense planétaire, marquant la première fois que les humains se sont révélés capables d’éviter un armageddon extraterrestre, et sans aucune aide de Bruce Willis.

Ce n’est peut-être pas la seule fois qu’un test comme celui-ci est effectué: la Chine dit qu’en 2026, elle lancera 23 de ses roquettes Long March 5 de 992 tonnes (900 tonnes métriques) dans l’astéroïde Bennu dans une autre tentative de rediriger une roche spatiale . Et cette fois, Bennu pourrait en fait être une menace pour la Terre – ayant été estimé à 1 chance sur 1 750 de nous écraser au cours des 300 prochaines années.

3. Une expérience d’entraînement par distorsion pour transformer des atomes invisibles pourrait ajouter de la crédibilité à une célèbre prédiction de Stephen Hawking

Les physiciens ont proposé une toute nouvelle expérience sur table pour accélérer un électron à la vitesse de la lumière, le rendre invisible et le baigner dans des photons micro-ondes, ou des paquets de lumière.

Leur objectif était de découvrir l’effet Unruh, un phénomène hypothétique mais encore inconnu qui dit qu’une particule se déplaçant à la vitesse de la lumière devrait donner suffisamment d’énergie au vide environnant pour créer un flux de particules virtuelles, le baignant dans un lueur quantique éthérée. Comme l’effet est étroitement lié à l’effet Hawking – dans lequel des particules virtuelles connues sous le nom de rayonnement Hawking apparaissent spontanément aux bords des trous noirs – et que les deux effets sont liés à la théorie insaisissable de la gravité quantique, les scientifiques ont longtemps été impatients d’en repérer un. comme un indice de l’existence de l’autre.

Mais entrevoir l’effet nécessite d’énormes accélérations, bien au-delà de la puissance de n’importe quel accélérateur de particules existant. Les physiciens ont donc proposé une solution de contournement ingénieuse avec une technique appelée transparence induite par l’accélération pour stimuler l’effet. En baignant le vide entourant un électron d’un puissant faisceau de micro-ondes tout en rendant simultanément l’électron lui-même invisible afin que la lumière n’interfère pas avec lui ; ils devraient donc être capables de taquiner la faible lueur dans l’existence, selon l’étude.

4. Les scientifiques envoient des informations via la première simulation d’un trou de ver holographique

Dans un autre exemple de bricolage quantique magistral, les physiciens ont utilisé l’ordinateur quantique Sycamore 2 de Google pour simuler le tout premier trou de ver holographique et transporter des informations à travers celui-ci. La «bébé» faille dans l’espace-temps n’a pas été créée par la gravité, mais par un enchevêtrement quantique – reliant deux particules ou plus de sorte que la mesure de l’une affecte instantanément les autres – et a été créée en partie pour tester une théorie selon laquelle l’univers est un hologramme sur dont les effets quantiques de surface de dimension inférieure et la gravité fusionnent pour ne faire qu’un.

Des trucs grisants, mais l’expérience elle-même a été réalisée en utilisant seulement neuf bits quantiques, ou qubits, sur la puce Sycamore 2. En enchevêtrant deux qubits de chaque côté de la puce, les scientifiques ont pu transmettre des informations intactes d’un côté à l’autre comme s’il s’agissait de deux trous noirs reliés par un trou de ver. Les chercheurs ne savent pas s’ils auraient pu simuler les trous noirs de manière suffisamment précise pour qu’ils soient considérés comme des variantes étranges de la réalité, et ont finalement qualifié leurs failles d’ordinateur quantique de trous noirs « émergents ». Le succès de leur expérience a créé un tout nouveau système qui pourrait être utilisé pour tester où la mécanique quantique et la gravité se croisent, et déterminer si nous ne sommes tous que des hologrammes après tout.

5. La photo la plus profonde et la plus détaillée de l’univers jamais prise

La NASA a finalement mis en ligne le télescope spatial James Webb, dévoilant sa première image en couleur comme l’image la plus profonde et la plus détaillée de l’univers jamais capturée. Appelée « le premier champ profond de Webb », l’image semble être si lointaine que la lumière qu’elle capte provient de l’époque où notre univers n’avait que quelques centaines de millions d’années, juste au moment où les galaxies ont commencé à se former et que la lumière des premières étoiles a commencé à scintiller.

L’image contient une collection extrêmement dense de galaxies, dont la lumière, sur son chemin vers nous, a été déformée par l’attraction gravitationnelle d’un amas de galaxies dans un processus connu sous le nom de lentille gravitationnelle ; mettant même la lumière du fader au point. Mais malgré le nombre vertigineux de galaxies en vue, l’image ne représente qu’un minuscule morceau de ciel – le grain de ciel bloqué par un grain de sable tenu du bout d’un doigt à bout de bras.

6. Une particule primordiale de la nuit des temps jaillit d’une soupe de plasma

Il y a plus d’une façon de remonter le temps. En janvier, les physiciens du Large Hadron Collider, le plus grand destructeur d’atomes au monde, ont recréé l’univers un cent milliardième de seconde après le Big Bang en écrasant des ions de plomb pour créer un plasma de quarks et de gluons – un bouillon bouillonnant de particules élémentaires qui contient le éléments constitutifs de la matière de l’univers. De cette soupe de plasma, parmi des milliards d’autres particules, a émergé la particule X.

Nommée en raison de sa structure inconnue, la particule X est restée insaisissable car elle a une durée de vie très courte, se désintégrant presque instantanément en particules plus stables. Les physiciens ont passé au crible des milliards d’interactions pour trouver cette structure de désintégration unique, en extrayant environ 100 particules de l’énorme ensemble de données.

Maintenant que les physiciens ont trouvé sa signature, ils veulent comprendre sa structure. Les protons et les neutrons sont constitués de trois quarks étroitement liés, mais les chercheurs pensent que la particule X aura un aspect complètement différent, contenant quatre quarks liés ensemble d’une manière qu’ils n’ont pas encore compris. Ils devront commander plus de soupe au plasma.

7. Les astronomes identifient une explosion thermonucléaire si importante qu’ils doivent lui attribuer une nouvelle catégorie

Le Big Bang n’était pas le seul big bang sous enquête cette année. En 2011, des astronomes ont vu une étoile morte au bord de la Voie lactée exploser d’une manière si extravagante et violente qu’ils ont proposé cette année-là une toute nouvelle catégorie d’explosion thermonucléaire pour ça.

Surnommée hyperburst, la détonation colossale a probablement résulté du noyau d’une étoile morte – connue sous le nom d’étoile à neutrons – arrachant des globes de gaz d’une étoile compagne, uniquement pour que le gaz explose à l’impact une fois qu’il a touché la surface de l’étoile à neutrons. Ces explosions ont rendu la surface de l’étoile si chaude et si pressurisée que même des éléments lourds tels que l’oxygène et le néon ont commencé à fusionner dans son noyau, déclenchant une réaction en chaîne incontrôlable. Le résultat? L’explosion la plus puissante jamais détectée dans une étoile à neutrons, qui a libéré plus d’énergie en trois minutes que le soleil en 800 ans.

Les conditions d’hyperrafales sont incroyablement rares, donc les astronomes doutent qu’ils en apercevront un autre au cours de leur vie, mais cela ne les empêchera pas d’étudier le système dont il provient pour plus d’indices sur la façon dont le bang est devenu si important.

8. Les physiciens des particules tentent à nouveau de casser la physique

Une année en physique ne serait pas complète sans au moins une tentative pour casser notre meilleur modèle de réalité actuel. Un brise-atomes au Fermilab dans l’Illinois mesuré la masse du boson Wune particule fondamentale et un porteur de force pour la force nucléaire faible, comme étant plus lourd que prévu par le modèle standard, la description régnante du zoo des particules subatomiques. L’estimation – si précise que les physiciens l’ont comparée à la recherche du poids d’un gorille de 800 livres (363 kg) à 1,5 once (42,5 grammes) près – sera examinée et les résultats recréés minutieusement avant confirmation complète. Mais s’il tient le coup, il pourrait ouvrir le modèle standard pour révéler une nouvelle physique. Quoi qu’il arrive, nous veillerons à surveiller les lois fondamentales de l’univers pour tout changement soudain en 2023.