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Physique

Une révélation que les scientifiques ont hésité à dévoiler: les physiciens de l'Université de Tel-Aviv ont découvert une source d'énergie 10 fois plus puissante que l'énergie nucléaire

Les Prof. Marek Karliner de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Tel-Aviv et Jonathan Rosner de l'Université de Chicago ont constaté que la fusion des particules élémentaires qui constituent les protons et les neutrons, connus sous le nom de quarks, produit une énergie 10 fois supérieure à celle de la fusion nucléaire, et donc de celle qui se déroule dans une bombe à hydrogène. Mais, bien que la découverte suscite un grand intérêt sur le plan théorique, elle ne peut avoir aucune implication dangereuse pratique, nous rassurent les chercheurs.

nuclear bomb 580Avec le pouvoir de la connaissance vient aussi une grande responsabilité. La découverte de la fission nucléaire dans les années 30 du siècle dernier a donné naissance à des applications merveilleuses et à d'autres horribles : l'énergie nucléaire d'une part,  plus propre que la combustion du charbon ou du carburant, et l'arme nucléaire de l'autre, la plus destructrice de l'histoire de l'humanité.

Aussi, lorsque les Prof. Marek Karliner et Jonathan Rosner ont réussi à calculer la quantité d'énergie qui peut être produite à partir de la fusion de différents types de quarks, particules élémentaires qui comptent parmi les éléments les plus basiques de la matière de l'univers, et ont constaté qu'elle est peut être 10 fois plus grande que celle produite par la fusion nucléaire, nul ne s'étonnera qu'ils aient envisagé de garder leur découverte secrète.

Fusion des quarks

"La fusion nucléaire est un processus connu, au cours duquel deux noyaux atomiques fusionnent, émettant de l'énergie. Cette réaction se produit de manière naturelle au cœur de la plupart des étoiles de l'univers, comme notre soleil; malheureusement les humains ont appris à l'utiliser dans les bombes à hydrogène", explique le Prof. Karliner. "Aujourd'hui on fait des expériences pour utiliser ce processus pour produire de l'énergie par fusion nucléaire, mais elles n'ont pas atteint le niveau industriel. Parallèlement, les scientifiques se demandent depuis longtemps s'il existe aussi un processus de fusion entre des particules plus petites encore: les quarks, éléments de base de la matière de l'univers. Les quarks peuvent être légers ou lourds; il en existe 6 sortes, qui se relient entre elles pour former d'autres particules, notamment les baryons dont les représentants les plus connus sont les protons et les neutrons qui se trouvent dans le noyaux atomique".

marek karliner AIl y a quelques mois seulement, des spécialistes de physique expérimentale de l'accélérateur de particules du CERN près de Genève, ont découvert une nouvelle sorte de baryons contenant deux quarks lourds, du type dit "charmé" et un quark léger. La masse de la nouvelle particule avait d'ailleurs était prédite avec exactitude dès 2014 par le Prof. Karliner et son collègue américain. La découverte expérimentale, qui confirme la prédiction théorique, a fait des vagues dans la communauté scientifique mondiale.

Le Prof. Karliner et le Prof. Rosner ont compris que la mesure précise de la masse de cette nouvelle particule leur permettait pour la première fois de simuler le processus de fusion au niveau des quarks, et d'en calculer les résultats. "Nous avons calculé ce qui se passe lorsqu'un baryon du type de celui découvert dans l'accélérateur du CERN est produit par la fusion de deux baryons contenant chacun un quark 'charmé' ", explique le Prof. Karliner. " Dans le cas d'une telle fusion les quarks se relient en fait de manière beaucoup plus efficace: les deux quarks lourds, qui étaient auparavant complètement séparés, se lient puissamment ensemble, émettant une grande quantité d'énergie. En d'autres termes, la liaison plus efficace des quarks à l'intérieur des baryons libère de l'énergie, tout comme c'est le cas pour les protons et les neutrons dans le processus de fusion nucléaire normal".

Impossible d'accumuler la "matière première"

" Compte tenu de la masse des particules concernées, avant et après la fusion, il est possible de calculer avec précision la quantité d'énergie émise, en utilisant la formule bien connue d'Albert Einstein, e = mc²". Le calcul a montré que la quantité d'énergie émise par la fusion de deux baryons contenant un quark charmé est de 12 millions d'électrons-volts, quantité similaire à celle émise par la fusion nucléaire de deux isotopes lourds de l'hydrogène.

Les chercheurs ont ensuite cherché à calculer ce qui se passerait dans le cas de la fusion de deux quarks du type "bottom" ( en bas), 3 fois plus lourds que les quarks charmés. Dans la mesure où leur prévision de la masse du baryon à deux quarks charmés découvert au CERN s'était avérée exacte, ils se sont appuyés sur une autre prévision du même article de 2014 concernant cette fois la masse du baryon à quarks "bottom". Le calcul a montré que la quantité d'énergie produite dans un tel cas est presque 10 fois supérieure à celle produite par la fusion nucléaire.

"Il est important de souligner que même si nos résultats ont suscité un grand intérêt sur le plan théorique, ils ne peuvent pas avoir d'application pratique", conclut le Prof. Karliner. " La fusion nucléaire qui se produit dans un réacteur géant comme celui du CERN, ou dans une bombe à hydrogène, est une réaction en chaîne résultant de l'accumulation de particules innombrables, créant une énorme quantité d'énergie. Rien de tel n'est possible dans le cas de la fusion de quarks lourds, justement parce qu'il n'est pas possible d'accumuler la "matière première" nécessaire au processus de fusion. Les quarks lourds se décomposent en un dixième de picoseconde (billionnième de seconde) après leur création. Si nous avions pensé un instant que notre découverte pourrait avoir une quelconque application dangereuse, nous ne l'aurions pas publié ".

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre: "Israël: découverte d'une énergie 10 fois plus puissante que le nucléaire"

 

Un physicien de l'Université de Tel-Aviv anticipe avec exactitude une découverte du CERN

Le Prof. Marek Karliner, spécialiste de physique des particules élémentaires de l'Ecole de Physique et d'Astronomie de l'Université de Tel Aviv a prédit avec précision il y a trois ans, avec un collègue des États-Unis, la masse d'une particule subatomique qui vient d'être observée pour la première fois il y a deux semaines dans  l'accélérateur de particules géant du CERN, près de Genève. Cette mesure permettra d'approfondir considérablement la compréhension de la force qui maintient les atomes ensemble.

CERNIl y a deux semaines, les scientifiques du CERN, le Conseil européen pour la recherche nucléaire, ont annoncé la découverte expérimentale d'une particule, surnommée  Xi-cc ++. La masse de cette particule, mesurée par les chercheurs au cours de l'expérimentation, s'est avérée identique à 99,8% à celle prédite voilà trois ans par le Prof. Karliner, expert en physique théorique de l'Université de Tel-Aviv. La nouvelle particule a été présentée en détails lors du Congrès de la Société européenne de physique sur la physique des hautes énergies, qui s'est déroulé à Venise du 5 au 12 juillet.

La force forte du noyau atomique

Elle mettra en lumière la nature des forces qui retiennent ensemble les quarks, particules élémentaires qui constituent les protons et les neutrons, eux-mêmes éléments de base des noyaux atomiques

"La quasi-totalité de la matière de l'univers qui nous entoure est composé de neutrons et de protons, qui constituent le centre des atomes", explique le Prof. Karliner. "Ceux-ci se composent de parties plus petites, appelées quarks. Les quarks peuvent être légers ou lourds, et il en existe six sortes différentes, qui se combinent entre elles de diverses manières pour créer d'autres types de particules".

marek karliner ALa force agissante qui maintient ces quarks ensemble est appelée "force forte". C'est l'une des quatre forces fondamentales de la nature, avec  la force électromagnétique, la force faible responsable de la radioactivité et la force de gravité. "La force forte permet la cohésion des noyaux atomiques", explique le Prof. Karliner.  "Sa puissance est 1038 fois plus grande que celle de la force de gravité. Mais elle ne peut s'exercer que dans le périmètre du noyau atomique".

La force forte relie les quarks en particules appelées hadrons. Il y a deux sortes de hadrons : les baryons et les mésons. "Les baryons observés jusqu'à ce jour étaient composés de trois quarks légers ou bien d'un quark lourd et deux légers. Mais parmi les experts existait un consensus absolu sur le fait qu'il devait également exister des baryons composés de deux quarks lourds et un léger. Le défi était de prévoir à partir de la théorie, les différentes caractéristiques de ce trio, et d'abord et avant tout sa masse ", explique le Prof. Karliner.

La prévision la plus précise

Dans un article écrit en 2014, en collaboration avec le Prof. Jonathan Rosner de l'Université de Chicago, lui-même ancien post-doctorant du Prof. Yuval Neeman à l'Université de Tel- Aviv, le Prof. Karliner a calculé toutes les combinaisons possibles de deux quarks lourds et un léger.

 "Dans notre article, nous avions prévu la masse de la particule et certaines de ses autres caractéristiques qui n'ont pas encore été mesurées. La masse qui a été effectivement mesurée par les scientifiques du CERN est de 3621 plus ou moins 1, dans des unités de mesure appelées MeV. Nos prévisions d'il y a trois ans était de 3627 plus ou moins 12. Notre erreur de prédiction est donc  inférieure à 0,2% par rapport à ce qui a été réellement découvert. Beaucoup de chercheurs avant nous avaient essayé de prédire cette masse en utilisant différentes méthodes de calcul, mais il s'avère que nos prévisions étaient les plus précises. La nouvelle particule est presque 4 fois plus lourde que le proton, et sa charge électrique est le double de la sienne ".

Selon les chercheurs, la mesure de la particule ++ Xi-cc  va permettre d'approfondir considérablement la compréhension de la force qui relie les quarks entre eux et assure la cohésion de l'atome. L'équipe de recherche du CERN va à présent mesurer d'autres caractéristiques de cette particule, et s'efforcer d'en trouver d'autres contenant deux quarks lourds.

" Le premier élément de mesure que j'attends avec impatience est celui de la moitié de la vie de la particule, à savoir le temps qu'il lui faut pour se désintégrer en particule plus légère. Cette donnée a également été calculée dans nos recherches, et j'ai hâte de savoir si nos prévisions s'avéreront exactes dans ce cas également" conclut le Prof.  Karliner.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi.fr sous le titre: "Particule subatomique: les précisions vérifiées d'un physicien israélien"

Deux physiciens de l'Université de Tel-Aviv inventent les blocs LEGO électriques

Pour faire comprendre à son jeune fils les principes de l'électronique, le Dr. Boaz Almog, chercheur à l'Ecole de physique de l'Université de Tel-Aviv, a créé, en collaboration avec son doctorant Amir Saraf, un dispositif permettant aux enfants de transformer toutes leurs créations LEGO en machines motorisées capables d'accomplir des fonctions multiples, et a déjà réussi à lever plus d'un million de dollars pour la fabrication du produit, nommé BRIXO Electric Bricks.

Amir Saraf left and Boaz Almog playing with BRIXOLe Dr. Almog, spécialiste de physique quantique, et son doctorant Amir Saraf ont décidé d'utiliser un jeu aimé des enfants, le Lego, pour les encourager à explorer le monde de la physique. Pour ce faire, ils ont créé un dispositif qui permet de transformer les créations Légo les plus simples en machines animées et éclairées, capables d'exécuter toutes sortes d'opérations, tout en "enseignant" au passage les principes de base de l'électronique.

Un produit high-tech pour enfants

Recouvertes d'un revêtement en chrome et munies de capteurs, les nouvelles briques de Légo, nommées BRIXO, ajoutent des lumières Led, des blocs moteurs, des blocs de déclenchement et des capteurs de proximité aux modèles Lego classiques. Elles sont compatibles avec les blocs de construction Lego existants, ce qui en fait un produit high-tech pour enfants.

Le Dr. Almog a eu l'inspiration de Brixo en regardant son fils jouer avec un kit d'expérimentation électrique pour enfants. "Il se trouvait devant une forêt de fils électriques enchevêtrés" raconte-t-il, "et ne pouvait pas distinguer le circuit qu'il avait lui-même câblé". C'est alors qu'il a eu l'idée de concevoir des blocs de construction sans fil qui conduisent l'électricité.

Les blocs Brixo possèdent des capteurs intégrés et des puces Bluetooth, "qui permettent de programmer à peu près n'importe quel modèle" expliquent les chercheurs. "Avec des briques qui peuvent être activées par le son, la lumière et le toucher il n'y a pas grand-chose que vous ne puissiez faire", expliquent-ils. Par exemple régler le réveil d'un téléphone sur l'achèvement de la construction d'une pyramide en blocs BRIXO, ou une veilleuse qui s'allume quand un enfant dit un certain mot de passe. "Les possibilités sont à peu près infinies".

Des Lego "sous stéroïdes"

En 2013, les deux physiciens fondent la société Quantum Experience, spécialisée dans le domaine de la lévitation magnétique, pour mettre les principes de la physique quantique à la portée du public. Puis en 2015, ils créent la société BRIXO Smart Toys. "La science et la technologie nous entourent", commente le Dr. Almog. "Mais la compréhension des principes qu'en tant que physiciens nous considérons comme basiques est encore loin d'être passée dans la conscience du grand public."

Pour financer leur projet, le Dr. Almog et son partenaire se sont tournés vers le financement communautaire (crowdfunding) et sont déjà parvenu à lever plus d'un million de dollars. "Cette campagne réussie nous a déjà apporté de multiples demandes de coopération avec des distributeurs du monde entier, et dès qu'elle sera achevée, nous entamerons des négociations" a annoncé le Dr. Almog. "Les briques électriques BRIXO sont des blocs de construction de taille normale qui sont tout sauf normaux. Ce sont des LEGO 'sous stéroïdes'" plaisante l'équipe sur sa page de crowdfunding. " Ils sont alimentés par une batterie basse tension intégrée et revêtus de chrome non toxique sûr. Il s'agit en fait de briques qui conduisent l'électricité en toute sécurité et se connectent même à votre téléphone pour ajouter un fantastique élément d'interactivité".

Le Prix International Sackler en Biophysique de l’Université de Tel-Aviv remis à un physicien français

Le Prof. Jacques Prost, chercheur à l’Institut Curie et au CNRS est lauréat du Prix Sackler en biophysique, l’un des plus prestigieux prix dans ce domaine, remis à l’Université de Tel-Aviv, pour l’année 2016. Le Prix lui a été accordé pour « sa contribution essentielle à la physique de la matière molle et son application aux processus intracellulaires »

JacquesProstLes Prix internationaux Raymond et Beverly Sackler ont été établis grâce à la générosité du Dr. Raymond Sackler et de son épouse Beverly, bienfaiteurs visionnaires des sciences à l'Université de Tel-Aviv. Les prix Sackler sont destinés à promouvoir l'originalité et l'excellence de la recherche dans les domaines de la biophysique, de la chimie et de la physique. Ils sont administrés par l'Université de Tel-Aviv par l'intermédiaire d'un comité consultatif composé d’office du Président et du Recteur de l’Université ainsi que d'autres membres sélectionnés ad personam.

Cette année le Prix, d’un montant de 50 000 dollars, a été remis dans le domaine des principes physiques des systèmes biologiques. Le co-lauréat du prix est le Prof. Michael Rossmann de l’Université Purdue aux Etats-Unis

Le Prof. Jacques Prost est un physicien français, chercheur à l’Institut Curie, qui œuvre au rapprochement de la physique et de la biologie. Directeur général de l’ESPCI (École supérieure de physique et de chimie industrielles) de 2003 à 2013, il est Chevalier de l’ordre du Mérite et membre de l’Académie des sciences.

Par ailleurs, une importante délégation de l'Université parisienne Pierre et Marie Curie  dirigée par son président, le Prof. Jean Chambaz, c'était récemment rendue sur le campus de l'Université de Tel-Aviv dans le but d'initier des coopérations entre ces deux universités leaders dans leur pays respectifs. L'Université de Tel-Aviv a également signé un accord de partenariat avec l'ESPCI comprenant un programme de doctorat commun aux deux universités.

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv ont découvert le secret de la stabilité des quasi-cristaux

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Ron Lifshitz de l’Ecole de physique et astronomie de l'Université de Tel-Aviv, en collaboration avec le Prof. Michael Engel de l'Université du Michigan, a développé une nouvelle méthode permettant de programmer et de contrôler la formation de « cristaux mous » présentant des structures variées et des niveaux de symétrie différents. Le procédé pourra dans l'avenir conduire au développement de matériaux innovants, y compris des produits aux propriétés optiques de pointe.

crystals580-330L’étude a été publiée dans la revue Physical Review Letters.

En 1982, le professeur israélien Dan Shechtman découvrit un phénomène jusque-là considéré comme scientifiquement impossible: celui des cristaux dits « non périodiques », ou quasi-cristaux, dont les atomes ne se répètent pas nécessairement de manière identique. Jusqu'alors, les scientifiques pensaient que les atomes qui composent les cristaux étaient toujours disposés périodiquement, comme les carrés d’un échiquier ou les alvéoles hexagonales d’un rayon de miel. La découverte révolutionnaire du professeur Shechtman lui a valu le prix Nobel de chimie 30 ans plus tard.

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Des cristaux sur commande

La plupart des cristaux de ce type sont des alliages métalliques solides. Récemment, les chercheurs ont découvert des quasi-cristaux en matériaux souples composés de très grosses molécules flexibles, dont la taille et la forme peuvent être modifiées avec une relative facilité. « Les matériaux sur lesquels nous travaillons sont constitués de grosses molécules flexibles, ayant l’aspect de boules d'éponge avec de longs cheveux», explique le professeur Lifshitz. «Nous nous sommes demandé si en planifiant la taille de la "boule" et la longueur des ‘cheveux’, nous pourrions faire en sorte que les molécules lors de leur formation s'organisent de manière telle que nous obtenions le cristal que nous souhaitons ».

Dans ce but, les chercheurs, dont le Prof. Haïm Diamant  et le doctorant Kobi Barkan de l’Ecole chimie de l’Université, ont modélisé le processus de cristallisation de ces matériaux mous, et ont fini par décoder le secret de la stabilité des cristaux créés, qu’ils soient périodiques ou non. Utilisant ce modèle mathématique, ils ont conçu des molécules de formes différentes et laissé l'ordinateur exécuter des simulations du processus de cristallisation afin de voir quel cristal serait obtenu. « Nous avons été ravis de constater que nous obtenions systématiquement le cristal que nous souhaitions » a déclaré Kobi Barkan. «Nous savons donc comment concevoir des cristaux périodiques avec une symétrie multiple de quatre et de six, et des quasi cristaux admettant une symétrie de dix à de douze ».

Produire des méta-matériaux

Les chercheurs prévoient qu’il sera possible dans l'avenir d'utiliser leur méthode pour produire des cristaux mous avec des fonctionnalités innovantes, véritablement "faits sur commande". « Les cristaux en matériaux souples, constitués de grosses molécules, sont particulièrement adaptés pour la production de méta-matériaux, fabriqués industriellement  et possédant des propriétés spécifiques n’existant pas dans la nature sous cette forme», conclut le professeur Lifshitz. « En raison de la taille des molécules, correspondant à la longueur d'onde de la lumière visible, il sera potentiellement possible de développer des matériaux ayant des propriétés optiques de pointe, qui sont actuellement produits artificiellement par des moyens nanotechnologiques avancés et coûteux. Nos cristaux se reproduisent d'eux-mêmes, mais c'est comme si nous guidions l’organisation de leurs molécules ».

 

http://www.israelscienceinfo.com/international/universites-tel-aviv-du-michigan-usa-chercheurs-decouvert-secret-stabilite-quasi-cristaux/

Cet article a été publié sur http://www.israelscienceinfo.com/ le 18.12.2014 sous le titre: "Des chercheurs des Universités de Tel-Aviv et du Michigan ont découvert le secret de la stabilité des quasi-cristaux"

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