Le Riddler, le Joker, Catwoman et le Pingouin l'ont fait dans le film "Batman" de 1966. Voir plus de photos de Batman. Collection Silver Screen/Contributeur/Getty Images Batman et les physiciens des particules ont beaucoup en commun.
Sûr, ils peuvent différer en matière de grappins et de noir, morues de vinyle, mais le croisé capé et le CERN (l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire) recherchent tous les deux les derniers gadgets de haute technologie et affrontent une galerie de voyous exceptionnellement bizarre.
Pendant que Batman se bat avec des clowns anarchistes et des écoterroristes mutants, Les scientifiques du CERN cherchent à identifier et à appréhender des adversaires aussi notables que le le boson de Higgs .
Vous vous souvenez du Higgs. Cette particule théorique (au moment d'écrire ces lignes) est au cœur du modèle standard de la physique. Le modèle standard propose que l'électricité, magnétisme, la lumière et certains types de radioactivité sont tous des manifestations de ce qu'on appelle le force électrofaible . Et la force électrofaible unit les forces électromagnétiques et faibles, deux des quatre forces fondamentales de la nature, avec la force et la gravité fortes. Encore avec moi? Bon.
Cependant, le modèle ne fonctionne que si les particules autour de nous avaient une masse nulle dans la période suivant immédiatement le big bang. Théoriquement, la particule de Higgs émet Champ de Higgs , un champ d'énergie à l'échelle du cosmos qui confère à tout une masse - donc si le modèle standard est valide, alors le Higgs doit exister. Nous devons juste l'attraper d'abord.
En d'autres termes, quelqu'un a braqué la banque et, Oh regarde, ce doit être le Joker parce que – toujours le littéraliste – il a laissé une carte de visite avec son visage dessus. Pendant ce temps, la soi-disant "particule divine" vit une brève existence à la suite d'une collision accélérée de particules - et laisse ensuite derrière elle une signature de désintégration subatomique.
Le Joker est peut-être l'ennemi le plus célèbre de Batman, mais il n'est pas le plus étrange. On peut en dire autant du boson de Higgs, alors faisons connaissance avec les autres super-méchants subatomiques.
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Quelque chose d'un E. Nigma, ce Riddler. Collection Silver Screen/Contributeur/Getty Images Devinez-moi ceci, Batman :Comment fonctionne la gravité ?
Voir, ce n'est pas un sujet que Batman aime tant discuter. Selon les physiciens de l'Université de Leicester, la gravité aurait la curieuse habitude de tirer Batman à la mort chaque fois que le justicier costumé essayait d'utiliser cette cape physiquement peu pratique. Il a donc tendance à laisser de côté toute l'énigme de la gravité et à poursuivre Edward Nigma à la place.
Pour les physiciens, cependant, la question porte beaucoup plus -- oui -- poids. Sûr, nous avons une bonne compréhension pratique des effets de la gravité. Nous savons comment sa puissance intervient dans la mécanique céleste et la formation des corps cosmiques. Pourtant, nous n'avons toujours pas de réponse ferme à l'énigme de la gravité.
Une réponse possible nous mène directement à une autre particule déconcertante dans la galerie des voyous subatomiques :la graviton . S'il existe réellement, cette particule hypothétique transmet la force de gravité, faire s'attirer les objets. Oh oui, et son existence permettrait aussi d'unir la relativité générale à la mécanique quantique. La gravité, tu vois, agit souvent comme une clé à molette dans diverses théories globales.
Donc voilà, le graviton est un gros problème - à moins qu'il n'existe pas.
Julie Newmar, la par excellence Catwoman Silver Screen Collection/Hulton Archive/Getty Images Rapide. Sexy. Difficile à attraper.
Batman a sa Catwoman, et les physiciens des particules doivent faire face à l'existence insaisissable - et peut-être erronée - de tachyons . L'un est un cambrioleur sexy vêtu de cuir, et l'autre est une particule subatomique qui se déplace plus vite que la vitesse de la lumière.
Je sais ce que vous vous demandez :comment un tachyon peut-il voyager plus vite que la vitesse de la lumière si la vitesse de la lumière est bien la "limite de vitesse universelle" ? C'est comme dire "aucun canard ne peut porter de pantalon, " et puis la caméra se dirige vers un colvert portant des velours côtelés. Nous avons des lois universelles pour une raison, personnes.
C'est encore pire :si les principes de la relativité restreinte se vérifient, les tachyons ne se contentent pas de dépasser la limite de vitesse universelle, ils violent également la causalité elle-même. Dans cet univers au moins, la cause vient toujours avant l'effet. Sans cette loi en vigueur, le tissu de l'univers se défait.
Si des tachyons existent, c'est probablement dû à cette faille :alors que la relativité empêche la matière d'accélérer à la vitesse de la lumière (car cela nécessiterait une énergie infinie), cela ne s'applique pas aux particules qui voyagent toujours plus vite que la lumière. Pour les tachyons, la vitesse minimale est la vitesse de la lumière, et il faudrait une énergie infinie juste pour les ralentir à des vitesses subluminales.
Tachyons :Ce sont des démons de vitesse totale, et ils pourraient bien exister.
Double-Face et Riddler, fête pour trois Getty Images Quelque chose peut-il être son propre contraire ?
Oui, Batman sait une chose ou deux à ce sujet.
Vous vous souvenez de l'histoire :l'avocat héroïque Harvey Dent souffre d'horribles brûlures sur 50 % de son corps, et son esprit s'emballe. Un mal, la personnalité criminelle remonte à la surface, et il devient Double-Face, le maniaque obsédé par les pièces de monnaie avec un goût ridicule dans les vêtements moitié-moitié.
Les physiciens des particules ont aussi un double visage paradoxal dans leur galerie de coquins :le Fermion de Majorane , une particule qui agit comme sa propre antiparticule.
Rafraîchissons-nous. Selon le modèle standard, les particules et quasi-particules se répartissent en deux catégories :les fermions et les bosons. Le camp des fermions comprend des quarks et des leptons comme des électrons, entre autres. Nous appelons ces Fermions de Dirac . Ici, vous trouverez des électrons chargés négativement qui s'opposent à leurs homologues antiparticulaires appelés positrons , qui emballent une charge positive. Lorsque ces particules entrent en contact les unes avec les autres, ils s'annihilent mutuellement.
C'est exactement le genre de dualité que Two-face apprécierait. La pièce a deux faces, et c'est soit l'un soit l'autre, Pile ou face. Glissez-lui une pièce à deux têtes ou quelque chose du genre et cela le pousse contre le mur.
Le camp de bosons comprend les photons qui composent la lumière; ces particules brillantes sont leurs propres antiparticules, produisant une charge parfaitement neutre. Vraiment, vous attendez ce genre de chose d'un boson.
Mais une telle chose est-elle possible dans le camp de Fermion ? Dans les années 30, les physiciens l'avaient prédit, mais personne n'a jamais réellement repéré un soi-disant Fermion de Majorane . En 2012, une équipe de physiciens néerlandais des particules a détecté indirectement ces minuscules deux faces dans une expérience de laboratoire, mais cela est loin d'une confirmation officielle qu'ils existent.
Une fois que nous aurons saisi les preuves expérimentales, cependant, des choses excitantes peuvent se produire. Majorana fermions se vanterait d'une capacité unique à "se souvenir" des positions passées en référence les unes aux autres, ce qui les rend très utiles dans le domaine de l'informatique quantique. Une théorie soutient même que toute la matière noire de l'univers est en fait constituée de fermions de Majorana.
Ordinateurs de matière noire. Pensez-y juste un instant.
Quel beau couple ! Michael Li/Creative Commons Batman a tendance à passer des moments plutôt tumultueux avec les dames. S'il n'esquive pas les baisers mortels de Poison Ivy, puis c'est une sorte de drame avec Catwoman. Voir, soit l'épouser, soit la jeter déjà en prison.
Et puis il y a Harley Quinn, la clown homicide avec un amour éternel (et malsain) pour l'ennemi juré de Batman, le Joker. Sûr, beaucoup de super méchants ont leurs sbires et leurs hommes de main, mais elle se démarque comme une véritable acolyte.
Dans le monde subatomique, les physiciens continuent de surveiller une particule hypothétique connue sous le nom de axion . L'axion est particulièrement remarquable car son existence comblerait une lacune majeure dans le modèle standard de la physique des particules. C'est aussi une possibilité matière noire composant.
Mais revenons aux comparaisons de Batman. Si les axions sont Harley Quinn, alors qui est le Joker ? Pourquoi nul autre que des trous noirs. C'est exact, les scientifiques pensent que si les trous noirs aspirent tout, des photons aux étoiles, les axions sont immunisés contre leur pouvoir destructeur. Au lieu de tomber dans la singularité écrasante, les axions orbiteraient autour de l'étoile effondrée dans un énorme nuage de bosons.
Encore plus fou, ce nuage finit par devenir assez massif, malgré la masse extrêmement faible de ses axions. Si le nuage s'effondre finalement dans le trou noir, la résultante bosenova bouleverserait le tissu même de l'espace-temps [source :O'Neill]. Parlez d'une relation déséquilibrée.
Clayface :acteur, métamorphe et criminel Tim Deering/Creative Commons Même avec tous les costumes fous, il est difficile de suivre l'activité des super-vilains à Gotham City, surtout lorsque vous avez un métamorphe comme Clayface qui court. Il peut prendre la forme de n'importe qui :caissier de banque, Bruce Wayne, vous le nommez. Il adapte son apparence physique à son environnement, faisant de lui un adversaire plutôt rusé.
Les physiciens des particules ont leur propre Clayface sous la forme de particules de caméléon . Jusque là, nous ne pouvons que spéculer sur ces bosons particuliers qui peuvent ou non alimenter l'expansion de l'univers. Les scientifiques ont d'abord prédit leur existence en 2003 comme explication possible de toute cette mystérieuse énergie noire qui constitue 70 pour cent de notre univers [source :Johnston]. les particules de caméléon ajustent leurs propriétés pour s'adapter à leur environnement local. Par exemple, si une particule caméléon traîne ici sur Terre, où la densité de matière est élevée, il présenterait une masse élevée, trop, mais ses interactions avec la matière seraient très faibles et à courte portée.
Mais c'est ici sur Terre. Dans le vide de l'espace, les particules de caméléon présenteraient une faible masse et réagiraient fortement avec la matière sur de grandes distances. En théorie, ces particules spéculatives pourraient séparer l'univers dans ce que nous appelons inflation cosmique .
Sans surprise, les particules caméléons seraient plutôt difficiles à détecter ici sur Terre. Il faudrait aller dans les profondeurs, espace vide pour enregistrer leur présence.
Toujours, les physiciens ont un certain nombre de schémas de détection de haute technologie dans leurs manches, et la recherche continue du caméléon insaisissable.
Et ainsi le chevalier noir retourne une fois de plus dans sa grotte de chauve-souris souterraine et les physiciens disparaissent également, pour gérer leurs collisionneurs de particules souterrains.
Comme je l'ai expliqué dans l'épisode Stuff to Blow Your Mind "Il était une fois un boson nommé Higgs, " J'ai tendance à penser à la physique des particules comme à un gâteau d'urinoir enrobé de chocolat. Ce n'est pas un commentaire sur l'importance du domaine ou sur la génialité des individus impliqués, mais plutôt mon point de vue sur son accessibilité en tant que sujet grand public. Croquez un peu dans le gâteau, et tout est chocolaté et délicieux. Mordre un peu trop profondément, cependant, et les choses deviennent moins délicieuses.
J'ai donc essayé de garder cet article aussi chocolaté que possible en discutant de certaines des propriétés étonnantes de nos particules subatomiques les plus étranges - à la fois réelles et spéculatives. C'est la couverture fastueuse d'un livre beaucoup plus profond, parce que la science sous-jacente ici est énorme. Après tout, le domaine de la physique des particules vise à démêler le tissu de l'existence - à décomposer la matière dans sa forme la plus basique et à élargir notre compréhension de ce qu'est cet univers.
