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La physique époustouflante révèle que les électrons voyagent dans des “voies” tout en se déplaçant le long des fils quantiques

Les électrons, l’un des composants les plus fondamentaux de notre univers, détiennent encore quelques secrets qui intriguent les scientifiques modernes. Depuis les années 1920, les physiciens ont travaillé pour essayer de démêler le fonctionnement de ces particules chargées négativement et comment elles se comportent dans différentes situations. Aujourd’hui, des recherches menées à l’Université de Cambridge a jeté un nouvel éclairage sur une paire de facteurs clés – les spins et les charges des électrons – en révélant encore plus sur leur comportement unique.

Contexte : faire tourner et charger

Dans le années 1920, les scientifiques ont mené plusieurs expériences qui ont révélé que les électrons possèdent plusieurs spins. L’un d’eux, le Stern-Gerlach expérience, impliquait un faisceau d’atomes d’argent dirigé vers un champ magnétique irrégulier. Le champ magnétique a divisé le faisceau en deux, révélant deux spins différents pour l’électron.

Mathématiquement, un électron tournoyer peut être +1/2 ou -1/2, indiquant dans quelle direction la rotation se produit. Le spin électronique est important pour influencer la façon dont un électron interagit avec d’autres électrons ou se comporte dans un champ magnétique.

Analyse : voies rapides et voies lentes

Pour en savoir plus sur les propriétés du spin et de la charge des électrons, des chercheurs de l’Université de Cambridge, avec la participation de chercheurs de l’Université de Francfort, a conduit des électrons à voyager sur un fil spécial. Ce qu’ils ont découvert, c’est que les charges et les spins d’un même électron étaient séparés en une voie rapide et une voie lente.

Selon le chercheur Pedro Vianez, “C’est comme si les voitures (comme les charges) roulaient sur la voie lente mais que leurs passagers (comme les vrilles) roulaient plus vite, sur la voie rapide.” Cela permet à l’électron d’emprunter les voies rapides et lentes en même temps. Ces deux voies représentent également deux niveaux d’énergie, révélant que l’électron a deux niveaux d’énergie différents en même temps.

Cet étrange phénomène éclaire d’autres aspects de la physique des particules. “Ce qui est remarquable ici, c’est que nous ne parlons plus d’électrons, mais plutôt de particules composites (quasi) de spin et de changement, communément appelées spinons et holons, respectivement”, a expliqué un collaborateur. Oleksandre Tsyplyatiev de l’Université de Francfort.

Perspectives : nouvelles recherches sur les électrons ?

“Pendant longtemps, on a cru qu’ils devenaient instables à des énergies aussi élevées, mais ce qui est observé indique exactement le contraire – ils semblent se comporter d’une manière très similaire aux électrons normaux, libres et stables, avec chacun leur propre masse, sauf que ce ne sont pas, en fait, des électrons, mais des excitations de toute une mer de charges ou de spins ! Les résultats de l’expérience ont été publiés dans Avancées scientifiques,




Avec les résultats des recherches récentes, les physiciens disposent désormais d’un plus grand degré de connaissances pour travailler lors de l’étude du comportement des électrons. Cette étude est également prometteuse en ce qui concerne le potentiel de nouvelles conceptions technologiques à l’avenir, qui pourraient aider à augmenter l’efficacité des électrons dans les systèmes d’alimentation et autres appareils électriques, ainsi que les applications d’ingénierie quantique.

Kenna Hughes-Castleberry est rédactrice au Debrief et Communicatrice scientifique au JILA (un partenariat entre l’Université du Colorado à Boulder et le NIST). Elle se concentre sur la technologie profonde, le métaverse et la technologie quantique. Vous pouvez trouver plus de son travail sur son site Web: https://kennacastleberry.com/

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