Le MIT construit un détecteur de matière noire voyageant dans le temps

Une équipe de physiciens du MIT a récemment publié un article de recherche époustouflant détaillant leurs efforts fructueux pour utiliser l’intrication et le « renversement du temps quantique » pour créer des capteurs capables de mesures incroyablement profondes.

Cela ressemble à beaucoup de jargon scientifique, mais l’essentiel est que cela pourrait potentiellement conduire à un «détecteur de matière noire» légitime, et c’est quelque chose qui pourrait révolutionner la compréhension de l’humanité de littéralement tout.

À l’avant: La physique est une cible mouvante. Parce que nous sommes comme des poissons dans un aquarium, nous ne savons pas d’où vient l’eau dans laquelle nous nageons ni ce qui se trouve au-delà des images floues au bord de notre horizon vitré.

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Pour tenter de définir notre réalité, nous utilisons la méthode scientifique, l’imagination humaine et beaucoup de mathématiques. Mais en fin de compte, une théorie donnée est seulement aussi bonne que sa capacité à travailler avec des théories complémentaires.

Albert Einstein, par exemple, a passé beaucoup de temps à concilier ses théories sur la gravité avec celles d’Isaac Newton.

À l’ère moderne, les physiciens poursuivent les travaux d’Einstein en essayant de concilier ses vues sur la physique classique avec les découvertes récentes liées à la mécanique quantique.

Mais il y a un problème. Si nous brisons toutes les principales théories ensemble, nous nous retrouvons avec une image incomplète. Soit la grande majorité de l’univers est composée de quelque chose que nous n’avons pas compris comment observer ou mesurer, soit Einstein avait tort.

Ce « quelque chose » qui manque a été surnommé « la matière noire », et la théorie qui l’entoure est, sans doute, la théorie la plus acceptée sur la composition de l’univers en physique moderne.

Arrière plan: L’objectif de la recherche du MIT est de construire une horloge atomique plus précise et d’ouvrir la voie à une meilleure détection quantique.

Selon l’équipe document de recherche:

Les applications potentielles incluent les capteurs quantiques qui fonctionnent à une bande passante finie, et le principe que nous démontrons peut également faire progresser des domaines tels que l’ingénierie quantique, les mesures quantiques et la recherche d’une nouvelle physique utilisant des horloges atomiques à transition optique.

Mais repousser les limites de la mesure quantique n’est pas une tâche simple. Les capteurs dont nous parlons sont conçus pour mesurer les minuscules vibrations qui se produisent à l’intérieur d’atomes individuels.

Plus nous pouvons mesurer ces vibrations de manière finie, plus nous pouvons glaner d’informations sur l’univers.

Selon un MIT communiqué de presse:

Un type d’atome donné vibre à une fréquence particulière et constante qui, si elle est correctement mesurée, peut servir de pendule très précis… Mais à l’échelle d’un seul atome, les lois de la mécanique quantique prennent le dessus, et l’oscillation de l’atome change comme la face d’une pièce à chaque fois qu’elle est lancée.

Essentiellement, il est très difficile d’effectuer des mesures quantiques car le monde quantique n’obéit pas aux lois de la physique classique.

Un peu plus profond : Imaginez que vous lancez une pièce et que vous en prenez une photo alors qu’elle est encore en l’air. Dans l’image, la pièce est parfaitement horizontale, vous n’avez donc aucun moyen de déterminer si elle est plus susceptible d’atterrir sur pile ou face.

Dans le monde classique, vous pouviez simplement attendre que la pièce touche le sol. Pour mesurer les résultats, il suffit de baisser les yeux. Et, tant que rien ne perturbe la pièce, vous pouvez prendre tout le temps que vous voulez.

Mais le monde quantique fonctionne un peu différemment. Imaginez que vous lancez la pièce en l’air et que vous prenez la même photo, mais avant que vos yeux ne puissent enregistrer le mouvement de la pièce dans l’air, elle se réinitialise et vous êtes incapable de déterminer sur quoi elle a atterri.

Et, parce que c’est le domaine d’étude scientifique le plus ironique, la nature loufoque de la physique quantique est à la fois le problème et la solution.

Étant donné que la pièce subit une « oscillation quantique » trop rapidement pour que les scientifiques puissent l’observer avec précision, ils ont dû trouver un moyen de gagner du temps.

Malheureusement, il y a une règle appelée « Limite quantique standard » qui dit essentiellement que les outils utilisés par les physiciens pour mesurer les vibrations quantiques sont devenus aussi bons qu’ils peuvent l’être pour l’instant.

Une solution farfelue : Si vous ne pouvez pas créer de meilleurs outils de mesure, utilisez la mécanique quantique pour augmenter le signal que vous mesurez.

Les chercheurs du MIT ont utilisé l’intrication quantique et l’inversion du temps quantique pour amplifier le signal et permettre davantage de mesures au cours d’une expérience donnée.

Selon le communiqué de presse :

L’équipe a utilisé un système de lasers pour piéger les atomes, puis a envoyé une lumière « enchevêtrée » teintée de bleu, qui a contraint les atomes à osciller dans un état corrélé. Ils ont laissé les atomes intriqués évoluer dans le temps, puis les ont exposés à un petit champ magnétique, qui a introduit un minuscule changement quantique, décalant légèrement les oscillations collectives des atomes.

Un tel déplacement serait impossible à détecter avec les outils de mesure existants. Au lieu de cela, l’équipe a appliqué l’inversion du temps pour amplifier ce signal quantique. Pour ce faire, ils ont envoyé un autre laser teinté de rouge qui a stimulé les atomes à se démêler, comme s’ils évoluaient à rebours dans le temps.

Fondamentalement, cela signifie que les chercheurs ont lancé simultanément deux pièces en l’air et ont utilisé «l’intrication quantique» pour les forcer à entrer dans un paradigme où tout ce qui arrive à l’un d’eux arrive également à l’autre.

Ensuite, les scientifiques ont utilisé un champ magnétique pour cogner les pièces de monnaie afin que leur rotation soit dévolue, inversant essentiellement le temps et leur permettant d’effectuer des mesures en deux temps. directions.

C’est un peu plus compliqué que cela quand il s’agit d’atomes réels, mais l’analogie avec la pièce saisit l’essentiel.

Le point de vue de Neural : C’est génial! Les scientifiques ont découvert comment perturber les atomes afin qu’ils vibrent suffisamment fort pour que nous puissions le détecter. Dans la nature, la capacité à détecter ce niveau de perturbation pourrait nous permettre de « mesurer » des champs gravitationnels cachés.

Et cela signifie que ces techniques pourraient légitimement conduire à un détecteur de matière noire complet.

Théoriquement parlant, les particules de matière noire devraient être omniprésentes dans tout l’univers. Ils pourraient rebondir sur vous (ou peut-être voler à travers vous ?) pendant que vous lisez cet article.

Si les scientifiques peuvent repousser les limites de la détection quantique à un degré tel qu’ils sont capables de détecter les minuscules changements de vibration atomique qui se produisent lorsqu’une particule de matière noire interagit avec un atome régulier, nous pourrions enfin confirmer les théories d’Einstein.