Monde de la physique est ravi d'annoncer ses 10 principales avancées de l'année pour 2023, qui vont de la recherche en astronomie et en physique médicale à la science quantique, en physique atomique et bien plus encore. L'ensemble Monde de la physique La percée de l’année sera dévoilée le jeudi 14 décembre.
Les 10 Percées ont été sélectionnées par un panel de Monde de la physique éditeurs, qui ont passé au crible des centaines de mises à jour de recherche publiées sur le site Web cette année dans tous les domaines de la physique. En plus d'avoir été signalé dans Monde de la physique en 2023, les sélections doivent répondre aux critères suivants :
- Avancée significative dans la connaissance ou la compréhension
- Importance du travail pour le progrès scientifique et/ou le développement d'applications dans le monde réel
- D'intérêt général pour Monde de la physique lecteurs
Les 10 principales avancées pour 2023 sont répertoriées ci-dessous par ordre chronologique du moment où elles ont été signalées dans Physique Monde. Revenez la semaine prochaine pour découvrir lequel a remporté le classement général. Monde de la physique Prix de la percée de l'année.
À Xénofon Strakosas, Hanne Biesmans, Magnus Berggren et des collègues de l'Université de Linköping, de l'Université de Lund et de l'Université de Göteborg pour avoir développé un moyen de créer des circuits électroniques directement à l'intérieur des tissus vivants. L'interface entre le tissu neuronal et l'électronique permet d'étudier la signalisation électrique complexe du système nerveux ou de moduler les circuits neuronaux pour traiter une maladie. Cependant, l’inadéquation entre l’électronique rigide et les tissus mous risque d’endommager les systèmes vivants délicats. Au lieu de cela, l’équipe a utilisé un gel injectable pour créer des électrodes souples directement dans le corps. Après injection dans les tissus vivants, les enzymes du gel décomposent les métabolites endogènes du corps, ce qui déclenche la polymérisation enzymatique des monomères organiques du gel, les convertissant en électrodes conductrices stables et souples. Les chercheurs ont validé le processus en injectant des gels dans du poisson zèbre et des sangsues médicinales, où le gel s'est polymérisé et a fait croître des électrodes dans le tissu.
À Tejin Cai à l'Université de Rochester aux États-Unis et ses collègues travaillant sur le laboratoire Fermi MINERVA expérience visant à montrer comment des informations sur la structure interne du proton peuvent être glanées à partir de la diffusion de neutrinos à partir d'une cible en plastique. Les neutrinos sont des particules subatomiques réputées pour interagir rarement avec la matière. Ainsi, des doutes sont apparus lorsque Cai, un chercheur postdoctoral, a suggéré que la diffusion occasionnelle de neutrinos provenant de protons dans le plastique pouvait être observée. Le grand défi pour l'équipe consistait à observer le signal des neutrinos dispersés par des protons isolés (noyaux d'hydrogène) dans un fond beaucoup plus vaste de neutrinos dispersés par des protons liés dans des noyaux de carbone. Pour résoudre ce problème, ils ont simulé le signal diffusé par le carbone et l’ont soigneusement soustrait des données expérimentales. En plus de fournir des informations sur la structure du proton, cette technique pourrait également éclairer davantage la façon dont les neutrinos interagissent avec la matière.
À Célia Viermann et Markus Oberthaler de l'Université de Heidelberg, en Allemagne, en collaboration avec Stefan Flörchinger de l'Université de Jena, en Allemagne, et des collègues de l'Université Complutense de Madrid, en Espagne, de la Ruhr-Universität de Bochum, en Allemagne et de l'Université libre de Bruxelles, en Belgique, pour avoir utilisé un condensat de Bose-Einstein (BEC) pour simuler un univers en expansion et les champs quantiques en son sein. Dans ce système simulé, le condensat représentait l'univers, tandis que les phonons qui le parcouraient jouaient le rôle de champs quantiques. En modifiant la longueur de diffusion des atomes dans le BEC, l’équipe a fait croître « l’univers » à des rythmes différents et a étudié comment les phonons engendraient des fluctuations de densité en son sein. Les théories de la cosmologie prédisent que des effets similaires ont été responsables de l'ensemencement d'une structure à grande échelle dans l'univers primitif, de sorte que l'univers simulé peut produire des informations précieuses sur la façon dont l'univers réel est devenu tel qu'il est aujourd'hui.
À Romain Tirole ainsi que Ricardo Sapienza à l'Imperial College de Londres et ses collègues pour la démonstration de l'interférence temporelle à double fente de Young. L'observation au XIXe siècle de l'interférence des ondes lumineuses par Thomas Young est l’une des expériences les plus emblématiques de l’histoire de la physique et a apporté un soutien fondamental à la théorie ondulatoire de la lumière. Bien que cette expérience et d’autres similaires impliquent la diffraction de la lumière à travers une paire de fentes étroites dans l’espace, des chercheurs du Royaume-Uni et d’ailleurs ont montré qu’il était possible d’obtenir l’effet équivalent en utilisant des fentes doubles dans le temps. L'analogue temporel implique un élan fixe mais une fréquence changeante. Un matériau dans lequel deux fentes apparaissent rapidement puis disparaissent l’une après l’autre devrait permettre aux ondes entrantes de maintenir leur trajectoire dans l’espace mais de s’étaler en fréquence. Les chercheurs y sont parvenus en activant et désactivant la réflectivité d’un miroir semi-conducteur deux fois de suite et en enregistrant des franges d’interférence le long du spectre de fréquences de la lumière réfléchie par le miroir. Ils ont constaté que les interférences se produisent entre des ondes de fréquences différentes – plutôt qu’entre des positions spatiales différentes. Les travaux pourraient avoir plusieurs applications telles que les commutateurs optiques pour le traitement du signal et la communication ou encore en informatique optique.
À Grégoire Courtine à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Jocelyne Bloch au CHU de Lausanne et à l'EPFL, Guillaume Charvet au Clinatec du CEA-Leti, et des collègues de développer un « pont numérique » entre le cerveau et la moelle épinière qui a permis à une personne paralysée de se tenir debout et de marcher naturellement. Une lésion de la moelle épinière peut interrompre la communication entre le cerveau et la région de la moelle épinière qui produit la marche, ce qui peut entraîner une paralysie permanente. Pour restaurer cette communication, l'équipe a développé une interface cerveau-colonne vertébrale, comprenant deux systèmes implantables : un pour enregistrer l'activité corticale et décoder l'intention de l'utilisateur de bouger les membres inférieurs ; et l'autre pour stimuler électriquement la région de la moelle épinière qui contrôle le mouvement des jambes. L'équipe a testé le système chez un homme de 38 ans souffrant d'une lésion de la moelle épinière suite à un accident de vélo 10 ans plus tôt. Après la chirurgie implantaire, le pont a permis au participant de retrouver un contrôle intuitif sur les mouvements de ses jambes, lui permettant de se tenir debout, de marcher, de monter des escaliers et de traverser des terrains complexes.
À Ben Lanyon et des collègues de l'Université d'Innsbruck, en Autriche, et de l'Université de Paris-Saclay, en France, pour avoir construit un répéteur quantique et l'avoir utilisé pour transférer des informations quantiques sur une distance de 50 km via des fibres de télécommunications standard, démontrant ainsi toutes les fonctionnalités clés de un réseau quantique longue distance dans un seul système. L’équipe a créé son répéteur quantique à partir d’une paire d’ions calcium-40 piégés qui émettent des photons après avoir été éclairés par une impulsion laser. Ces photons, dont chacun est intriqué avec son ion « parent », sont ensuite convertis en longueurs d'onde de télécommunications et envoyés dans des fibres optiques distinctes de 25 km de long. Enfin, le répéteur échange l’intrication des deux ions, laissant deux photons intriqués distants de 50 km – soit à peu près la distance requise pour créer des réseaux à grande échelle comportant plusieurs nœuds.
Vu Wai Hla, Volker Rose at Argonne National Laboratory aux États-Unis et collègues pour l'imagerie d'un seul atome avec des rayons X synchrotron. Jusqu'à récemment, la plus petite taille d'échantillon pouvant être analysée à l'aide de la microscopie à effet tunnel à rayons X synchrotron était un attogramme, soit environ 10,000 1 atomes. En effet, le signal de rayons X produit par un seul atome est extrêmement faible et les détecteurs conventionnels ne sont pas suffisamment sensibles pour le détecter. Pour contourner ce problème, l’équipe a ajouté une pointe métallique pointue à un détecteur de rayons X conventionnel, placé à seulement XNUMX nm au-dessus de l’échantillon à étudier. Lorsque la pointe pointue se déplace sur la surface d’un échantillon, les électrons traversent l’espace entre la pointe et l’échantillon, créant un courant qui détecte essentiellement les « empreintes digitales » propres à chaque élément. Cela a permis à l’équipe de combiner la résolution spatiale ultra-élevée de la microscopie à effet tunnel avec la sensibilité chimique fournie par un éclairage intense aux rayons X. La technique pourrait conduire à des applications dans la conception de matériaux ainsi qu’en sciences de l’environnement grâce à la capacité de retracer les matières toxiques jusqu’à des niveaux extrêmement faibles.
Au Collaboration avec l'EIGER pour avoir utilisé le télescope spatial James Webb (JWST) pour trouver des preuves irréfutables que les premières galaxies étaient responsables de la réionisation de l'univers primitif. La réionisation s'est produite environ 1 milliard d'années après le Big Bang et impliquait l'ionisation de l'hydrogène gazeux. Cela a permis à la lumière qui aurait été absorbée par l’hydrogène de se rendre jusqu’aux télescopes d’aujourd’hui. La réionisation semble avoir commencé sous la forme de bulles locales qui se sont développées et ont fusionné. Ces bulles auraient été créées par des sources de rayonnement, et il est possible qu'elles proviennent d'étoiles de galaxies. Les chercheurs de l’EIGER ont utilisé la caméra proche infrarouge du JWST pour observer la lumière des anciens quasars qui avaient traversé les bulles ionisées. Ils ont trouvé une corrélation entre l'emplacement des galaxies et des bulles, suggérant que la lumière de ces premières galaxies était effectivement responsable de la réionisation.
À Meng Wang, Songlin Shi et Jay Fineberg de l'Université hébraïque de Jérusalem, en Israël, pour avoir découvert que les fissures dans certains matériaux peuvent se propager plus rapidement que la vitesse du son. Le résultat contredit à la fois les résultats expérimentaux précédents et les prédictions basées sur la théorie classique, selon lesquelles la propagation supersonique des fissures ne devrait pas être possible car la vitesse du son dans un matériau reflète la rapidité avec laquelle l'énergie mécanique peut le traverser. Les observations de l'équipe pourraient indiquer la présence d'une dynamique dite de « supercisaillement » régie par des principes différents de ceux qui guident les fissures classiques, comme le prédit Michel Marder de l'Université du Texas à Austin, aux États-Unis, près de 20 ans plus tôt.
Au Collaboration ALPHA pour avoir montré que l'antimatière réagit à la gravité de la même manière que la matière. Les physiciens ont utilisé l'expérience ALPHA-g au CERN pour effectuer la première observation directe d'atomes d'antimatière en chute libre – un antihydrogène qui comprend un antiproton lié à un antiélectron. Cela a été réalisé dans une grande chambre à vide cylindrique dans laquelle l'antihydrogène était d'abord retenu dans un piège magnétique. L'antihydrogène a été libéré du piège et a pu s'annihiler sur les parois de la chambre. L’équipe a constaté que davantage d’annihilations se produisaient en dessous du point de libération qu’au-dessus. Après avoir examiné le mouvement thermique de l’antihydrogène, l’équipe a conclu que l’antimatière tombait. Chose alléchante, l’accélération de l’antihydrogène due à la gravité représentait environ 75 % de celle subie par la matière normale. Bien que cette mesure ait une faible signification statistique, elle laisse la porte ouverte à une nouvelle physique au-delà du modèle standard.
Mention honorable
Une mention honorable dans notre top 10 de cette année revient aux physiciens travaillant sur le projet de 3.5 milliards de dollars. Installation nationale d'allumage (NIF) aux États-Unis pour les travaux effectués en laboratoire à la fin de l'année dernière après que nous ayons choisi nos gagnants de 2022 (et que nous manquons donc également notre choix révolutionnaire de 2023). Le 13 décembre 2022 le laboratoire annoncé la génération de plus d’énergie à partir d’une réaction de fusion nucléaire contrôlée que ce qui était nécessaire pour alimenter la réaction. Le tir laser, effectué le 5 décembre 2022, a libéré 3.15 millions de joules (MJ) d’énergie à partir d’une minuscule pastille contenant deux isotopes d’hydrogène – contre 2.05 MJ que ces lasers ont délivrés à la cible. Cette démonstration d’un gain d’énergie net marque une étape majeure dans la fusion laser.
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