« L’un des plus grands mystères de la physique » : le test d’électromagnétisme le plus précis à ce jour

"l'un Des Plus Grands Mystères De La Physique" : Le Test

Il existe un problème étrange et épineux dans notre compréhension des lois de la nature que les physiciens tentent d’expliquer depuis des décennies. Il s’agit de l’électromagnétisme, la loi de l’interaction des atomes et de la lumière, qui explique tout, depuis pourquoi nous ne tombons pas au sol jusqu’à pourquoi le ciel est bleu.

La théorie actuelle de l’électromagnétisme est considérée comme la meilleure théorie physique que les humains aient jamais inventée – mais il n’y a pas de réponse quant à la raison pour laquelle l’électromagnétisme est si fort.

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Seules les expériences peuvent dire la force de l’électromagnétisme, qui est mesurée par un nombre appelé α (également connu sous le nom d’alpha, ou la constante de structure fine).

Le physicien américain Richard Feynman, qui a aidé à créer la théorie, l’a qualifiée de « l’un des plus grands mystères de la physique » et a exhorté les physiciens à « afficher ce chiffre sur le mur et à s’en inquiéter ».

Dans une recherche récemment publiée dans la revue Science, les physiciens ont décidé de tester si α est le même à différents endroits de notre galaxie, en étudiant des étoiles qui sont des jumeaux presque identiques de notre Soleil.

Si α est différent à différents endroits, cela peut nous aider à trouver la théorie ultime, non seulement de l’électromagnétisme, mais de toutes les lois de la nature ensemble – la « théorie de tout ».

Les physiciens veulent vraiment une chose : une situation où notre compréhension actuelle de la physique s’effondre. Nouvelle physique. Un signe qui ne peut être expliqué par les théories actuelles. Un panneau pour la théorie de tout.

Pour le trouver, ils peuvent attendre dans les profondeurs d’une mine d’or que des particules de matière noire entrent en collision avec un cristal spécial. Ou ils peuvent surveiller les meilleures horloges atomiques du monde pendant des années pour voir si elles affichent une heure légèrement différente. Ou écraser des protons ensemble à (presque) la vitesse de la lumière dans l’anneau de 27 km du Large Hadron Collider.

Le problème est qu’il est difficile de savoir où chercher. Les théories actuelles ne peuvent guider les chercheurs. Il a été décidé de regarder au-delà de la Terre, au-delà de notre système solaire, pour voir si des étoiles presque identiques à notre Soleil produisent le même arc-en-ciel de couleurs. Les atomes dans les atmosphères des étoiles absorbent une partie de la lumière sortant des fours nucléaires dans leurs noyaux.

Seules certaines couleurs sont absorbées, laissant des lignes sombres dans l’arc-en-ciel. Ces couleurs absorbées sont déterminées par α – donc mesurer très soigneusement les lignes sombres nous permet également de mesurer α.

Le problème est que les atmosphères des étoiles bougent – ​​bouillonnent, tourbillonnent, se tordent – ​​et cela change les lignes. Les changements gâchent toute comparaison avec les mêmes lignes dans les laboratoires sur Terre, et donc toute chance de mesurer α. Il s’avère que les étoiles sont des endroits terribles pour tester l’électromagnétisme.

Mais nous nous demandons : si vous trouvez des étoiles très similaires – jumelles les unes des autres – peut-être que leurs couleurs sombres et absorbées sont également similaires. Ainsi, au lieu de comparer les étoiles à des laboratoires sur Terre, nous comparons les jumeaux de notre Soleil entre eux.

planètes
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Une équipe d’étudiants postdoctoraux et de chercheurs seniors de l’Université de technologie de Swinburne et de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud a mesuré l’espacement entre les paires de raies d’absorption dans notre Soleil et 16 « jumeaux solaires » – des étoiles presque impossibles à distinguer du nôtre.

Les arcs-en-ciel de ces étoiles ont été observés au télescope de 3,6 mètres de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili. Bien qu’il ne s’agisse pas du plus grand télescope au monde, la lumière qu’il collecte est alimentée par le spectrographe probablement le mieux contrôlé et le mieux compris : HARPS. Cela sépare la lumière en ses couleurs, révélant le motif détaillé des lignes sombres.

HARPS passe une grande partie de son temps à observer des étoiles semblables au Soleil à la recherche de planètes. Avec facilité, cela a fourni exactement les données dont nous avions besoin.

À partir de ces spectres exquis, α s’est avéré être le même dans les 17 jumeaux solaires avec une précision étonnante : seulement 50 parties par milliard. C’est comme comparer votre taille à la circonférence de la Terre. C’est le test astronomique de α le plus précis jamais réalisé.

Malheureusement, les nouvelles mesures n’ont pas brisé la théorie privilégiée. Mais les étoiles étudiées sont toutes relativement proches, à seulement 160 années-lumière.

Que ce passe t-il après?

Nous avons récemment identifié de nouveaux jumeaux solaires beaucoup plus éloignés, à peu près à mi-chemin du centre de notre galaxie.

Dans cette région, il doit y avoir une concentration beaucoup plus élevée de matière noire – une substance insaisissable qui, selon les astronomes, se cache dans toute la galaxie et au-delà.

Comme α, on sait très peu de choses sur la matière noire, et certains physiciens théoriciens suggèrent que les parties intérieures de notre galaxie pourraient bien être le coin sombre où nous devrions rechercher des liens entre ces deux mystères de la physique.

Avec des informations de Phys.org

Image en vedette : Gergitek Gergi Tavan/

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