dans

Les physiciens qui ont réfuté la «  5e force  » remportent le prix «  Breakthrough  » de 3 millions de dollars

Trois physiciens ont remporté un prix de 3 millions de dollars pour avoir prouvé qu’il n’y a pas de cinquième force (à notre connaissance). Et tout a commencé par une série d’expériences sur table utilisant un équipement bon marché.

Eric Adelberger, Jens Gundlach et Blayne Heckel dirigent ensemble le «Groupe Eöt-Wash», qui se consacre à des tests précis des lois physiques. Ils tirent leur nom du physicien Loránd Eötvös du début des années 1900 et de l’Université de Washington, où ils travaillent. Ces chercheurs d’Eöt-Wash ont fait leurs débuts au milieu des années 1980, en utilisant un dispositif connu sous le nom de «balance de torsion» pour réfuter les affirmations d’une cinquième force non découverte en physique. Depuis lors, ils ont utilisé des versions plus élaborées du même appareil pour tester la vraie force de gravité, détecter le remorqueur de matière noire dans la Voie lactée et rechercher des effets physiques théoriques comme des dimensions supplémentaires et le «vent d’axion».

Le prix de 3 millions de dollars du groupe est l’un des sept décernés cette année dans les domaines des sciences de la vie, de la physique et des mathématiques. Ils ont gagné « pour des mesures fondamentales de précision qui testent notre compréhension de la gravité, sondent la nature de l’énergie noire et établissent des limites sur les couplages à la matière noire », selon Breakthrough.

Les lauréats de chaque année sont choisis par les anciens récipiendaires dans un processus secret, et chaque personne ou groupe gagnant reçoit plus de trois fois plus d’argent que les lauréats des prix Nobel. Un groupe de milliardaires de la technologie – Sergey Brin, Anne Wojcicki, Mark Zuckerberg, Priscilla Chan, Yuri Milner, Julia Milner, Jack Ma et Pony Ma – fournissent les fonds.

En relation: Les 18 plus grands mystères non résolus de la physique

La victoire d’Adelberger, Gundlach et Heckel est remarquable en partie parce que leur groupe n’a détecté aucun phénomène jusque-là inconnu, construit des expériences géantes ou développé de nouvelles théories remarquables. Au lieu de cela, ils ont mesuré avec précision les effets physiques que les scientifiques connaissaient déjà, et ils ont testé les affirmations faites par d’autres chercheurs avec une rigueur inhabituelle. Certains de leurs résultats les plus importants ont falsifié les théories scientifiques, plutôt que de leur donner raison.

« Ce n’est en fait pas ce que nous voulons, falsifier », a déclaré Gundlach à Live Science. « Nous sommes en fait intéressés par la nouvelle physique. »

Adelberger n’était pas du tout d’accord.

«C’est un peu plus compliqué que ça», a-t-il déclaré à Live Science. «La physique est en ce moment dans une sorte de crise. Vous avez deux choses qui fonctionnent extrêmement bien: la gravité d’Einstein et les théories quantiques.… Les deux ont été testées très soigneusement, les deux fonctionnent à merveille. Mais elles sont complètement incohérentes. . Il nous manque donc quelque chose de vraiment important. Il est donc important de revenir en arrière et de se demander: «Dans quelle mesure comprenons-nous les choses que nous pensons comprendre?» »

A lire :  La galaxie Andromeda époustouflante et 'Cosmic Inferno' remportent les meilleurs prix du concours de photos spatiales

Cela a conduit l’équipe à développer des balances de torsion qui mesurent les effets gravitationnels à des niveaux de précision inouï.

Une balance de torsion est un dispositif simple: les poids sont suspendus à une fibre de sorte que la gravité terrestre les tire vers le bas. Si les seules autres forces agissant sur les poids tirent également vers le bas, elles ne bougeront pas du tout. Mais si des forces les tirent même à un léger angle, elles tourneront et la fibre se tordra. Il est possible de mesurer la torsion même très subtile de la fibre d’une balance de torsion et de détecter des effets extrêmement minuscules.

En relation: 6 faits étranges sur la gravité

Le trio a construit son premier balancier de torsion au milieu des années 1980 après avoir entendu un discours d’un autre physicien, Ephraim Fischbach de l’Université Purdue. Fischbach a affirmé que les quatre forces fondamentales de la physique (gravité, électromagnétisme et forces nucléaires faibles et fortes) avaient un cinquième compagnon. Cette cinquième force, a-t-il soutenu, était un peu comme une gravité faible et à courte portée, rassemblant des masses à des distances allant jusqu’à 200 mètres environ.

La plupart du temps, vous ne remarquerez pas cette force, car dans l’espace, la plupart des objets sont beaucoup plus éloignés que cela. Et sur Terre, cette supposée cinquième force vous tirerait toujours principalement dans la même direction que la gravité. À tout moment, la majeure partie de la masse près de chez vous est probablement directement en dessous de vous.

Fischbach a fait valoir son argument en se fondant en grande partie sur les données d’une expérience de balance de torsion du début du XXe siècle par Eötvös (dont le nom deviendrait une partie du groupe Eöt-Wash).

Eötvös testait le principe d’équivalence d’Einstein, l’idée que deux objets lâchés en même temps tomberaient vers une source de gravité à la même vitesse, quelle que soit leur masse, quelle que soit la vitesse à laquelle la pièce dans laquelle ils se trouvent bouge ou où elle se trouve. l’univers. Eötvös, comme d’innombrables expérimentateurs ultérieurs, a découvert que le principe d’équivalence d’Einstein était correct, a déclaré Adelberger. Mais Fischbach, parcourant les données des décennies plus tard, pensa avoir trouvé un soupçon d’autre chose, une signature de cette cinquième force.

« C’était un argument assez convaincant », a déclaré Gundlach.

« Et si c’était vrai, cela aurait été un gros problème », a déclaré Adelberger.

(L’argument de Fischbach avait des problèmes, a-t-il dit, que le trio a découverts avant même de mener leur propre expérience. L’un d’eux: Eötvös lui-même était un homme de grande taille, et sa propre gravité a peut-être tiré son ancien balancier de torsion sur le côté, simulant une cinquième force. )

D’autres chercheurs avaient vu l’affirmation de Fischbach, et certains d’entre eux semblaient détecter une cinquième force.

A lire :  Des batailles de sorciers et des cercles de démons révélés dans des textes chrétiens récemment traduits

C’est parce que leurs expériences n’étaient pas assez bien conçues, a déclaré Adelberger. «Fischbach n’arrêtait pas de nous parler de tous ces autres chercheurs qui obtenaient des résultats positifs, et il a dit:« Vous êtes en minorité ici ». Et j’ai dit: ‘Vous ne votez pas sur la physique.’ « 

Les expériences précédentes impliquaient une balle flottant dans l’eau, ce qui est problématique car « une balle flottant dans l’eau est soumise à toutes sortes de forces », a déclaré Adelberger.

Les gens ont volé partout dans le monde à la recherche de sites de test idéaux pour une cinquième force, des falaises à côté d’un terrain plat où la traction latérale d’une cinquième force à courte portée serait la plus exagérée. Le groupe Eöt-Wash a envisagé de prendre l’avion pour Hawaï avant de se rendre compte qu’il était plus pratique d’utiliser simplement une colline à Seattle.

En relation: Les 11 plus grandes questions sans réponse sur la matière noire

« Il y avait d’autres personnes qui utilisaient des balances de torsion », a déclaré Gundlach. « Mais nous avons fait un tas de petites innovations qui ont rendu l’équilibre de torsion tellement meilleur. »

L’un des plus gros: placer l’appareil sur un plateau tournant pour annuler les forces externes agissant sur l’équilibre de torsion. La première plaque tournante qu’ils utilisaient était un susan paresseux, le genre que l’on trouve dans certaines cuisines et salles à manger.

« Je me souviens que tout le monde en riait », a déclaré Gundlach.

D’autres physiciens pensaient que le vacillement de la platine vinyle submergerait les faibles effets qu’ils recherchaient. Mais à la fin, avec quelques raffinements, cela a fonctionné.

« Nous avons juste fait beaucoup de choses belles et intelligentes et il n’y avait aucun doute que c’était convaincant », a déclaré Adelberger.

Il n’y avait pas de cinquième force.

Au fil du temps, les balances de torsion de l’équipe se sont affinées, nécessitant une ingénierie précise. Ils comptent beaucoup sur les travailleurs de l’atelier d’usinage de l’Université de Washington – l’un des rares restes du pays attachés à un département de physique – pour constamment mettre à jour et tester leurs bilans avant les expériences. Il est important d’avoir une balance de torsion parfaitement calibrée, a déclaré Heckel, car une fois qu’une expérience commence, elle peut durer des jours, des mois ou des années. Et tout ce temps est perdu si l’usinage et le calibrage ne sont pas parfaits. Toute oscillation ou force inattendue au-delà de l’expérience qui n’est pas annulée peut gâcher un lot de données.

Les techniques du trio ont été utilisées dans toutes sortes d’expériences nécessitant des appareils de mesure très stables. La technologie qu’ils ont développée pour contrer le grondement sismique aide maintenant à maintenir les faisceaux laser des détecteurs d’ondes gravitationnelles stables – contribuant à la première détection d’ondes gravitationnelles, lauréate du prix Nobel, en 2016 et à un tout nouveau domaine de l’astronomie.

A lire :  Le port de lunettes pourrait-il réduire le risque de COVID-19?

Leurs équilibres de torsion plus récents et plus avancés chassent des effets beaucoup plus faibles que la cinquième force réfutée. Heckel a conçu un équilibre de torsion qui détecte la force subtile des électrons tourbillonnant des cercles dans un disque métallique. Il a été conçu pour chasser la pression subtile du «vent d’axion», un effet possible de la matière noire passant par Seattle. La balance n’a jamais détecté le vent, mais a mis de nouvelles limites à l’apparence et au comportement des particules de matière noire.

Les chercheurs ont également construit une balance de torsion sensible à l’attraction gravitationnelle de la Voie lactée. Parce que la masse des systèmes stellaires visibles dans la Voie lactée est bien connue, ils ont pu l’annuler de leur expérience. Cela ne laissait que l’effet de la matière noire de la Voie lactée sur l’équilibre de torsion, qu’ils pouvaient mesurer directement. Leur mesure n’a montré aucun effet de la dynamique newtonienne modifiée (MOND), une théorie qui rejette la matière noire et prétend que des théories plus compliquées de la gravité expliquent ses effets apparents. (Contrairement à l’expérience de la cinquième force, ce résultat n’a pas convaincu les théoriciens de MOND d’abandonner leurs affirmations, a déclaré Edelberger. Les chercheurs de MOND sont une foule difficile à persuader.)

Et en utilisant encore un autre équilibre de torsion, ils ont mesuré la force de gravité avec une précision sans précédent, annulant d’autres effets pour arriver à un nombre extraordinairement précis pour la constante gravitationnelle – un nombre qui régit les équations utilisant la gravité.

Publié à l’origine sur Live Science.

45secondes est un nouveau média, n’hésitez pas à partager notre article sur les réseaux sociaux afin de nous donner un solide coup de pouce. 🙂

  • Alpinestars Combinaison en Cuir Alpinestars GP Force 2 Pièces Noire
    Une superbe combinaison en cuir d'Alpinestars !La combinaison est faite en cuir haut de gamme de 1,3 mm ce qui lui confère une excellente résistance à l'abrasion et aux déchirures. En plus des bras et des jambes pré-courbés, de grands panneaux extensibles HRSF (fibres extensibles hyper-résistantes) ont été
  • Alpinestars Combinaison en Cuir Alpinestars GP Force 2 Pièces Noir-Blanc
    Superbe combinaison en cuir deux pièces d'Alpinestars!La combinaison est faite en cuir haut de gamme de 1,3 mm ce qui lui confère une excellente résistance à l'abrasion et aux déchirures. En plus des bras et des jambes pré-courbés, de grands panneaux extensibles HRSF (fibres extensibles hyper-résistantes) ont
  • Alpinestars Combinaison en Cuir Alpinestars GP Force Noir-Blanc
    Une superbe combinaison en cuir d'Alpinestars !Elle est faite en cuir haut de gamme de 1,3 mm ce qui lui confère une excellente résistance à l'abrasion et aux déchirures. En plus des bras et des jambes pré-courbés, de grands panneaux extensibles HRSF (fibres extensibles hyper-résistantes) ont été incorporés à

Recette de Salmorreta

Aucune chance pour le blues d’automne! Ces 5 appareils vous garderont heureux