Même si vous n'étiez pas diplômé en physique, vous avez probablement entendu parler du boson de Higgs.

Il y avait le titre d'un livre de 1993 du lauréat du prix Nobel Leon Lederman qui surnommait le Higgs "La particule divine". Il y a eu la recherche de la particule de Higgs qui a été lancée après les premières collisions de 2009 à l'intérieur du Grand collisionneur de hadrons en Europe. Il y a eu l'annonce en 2013 que Peter Higgs et François Englert ont remporté le prix Nobel de physique pour avoir théorisé indépendamment en 1964 qu'une particule fondamentale - le Higgs - est la source de masse des particules subatomiques, rendre possible l'univers tel que nous le connaissons.

(Plus, il y a les physiciens de l'Iowa State University sur la liste des auteurs d'un article de recherche de 2012 décrivant comment l'expérience ATLAS au collisionneur a observé une nouvelle particule confirmée plus tard être le Higgs.)

Et maintenant Jigang Wang, professeur de physique et d'astronomie à l'Iowa State et scientifique principal au laboratoire Ames du département américain de l'Énergie, et une équipe de chercheurs ont découvert une forme de la fameuse particule au sein d'un supraconducteur, un matériau capable de conduire l'électricité sans résistance, généralement à des températures très froides.

Wang et ses collaborateurs, dont Chang-Beom Eom, la chaire Raymond R. Holton d'ingénierie et le professeur Theodore H. Geballe à l'Université du Wisconsin-Madison; Ilias Perakis, professeur et chaire de physique à l'Université d'Alabama à Birmingham; et Eric Hellstrom, professeur et président par intérim de génie mécanique à la Florida State University - rapportez les détails dans un article récemment publié en ligne par la revue Communication Nature .

Ils écrivent que lors d'expériences en laboratoire, ils ont trouvé un "mode Higgs" de courte durée dans le fer, à haute température (mais toujours très froid), bande multi-énergie, supraconducteurs non conventionnels.

Une découverte quantique

Ce mode de Higgs est un état de la matière trouvé à l'échelle quantique des atomes, leurs états électroniques et excitations énergétiques. Le mode est accessible et contrôlé par une lumière laser clignotant sur le supraconducteur à des fréquences térahertz de billions d'impulsions par seconde. Les modes de Higgs peuvent être créés dans différentes bandes d'énergie et toujours interagir les uns avec les autres.

Wang a déclaré que ce mode de Higgs dans un supraconducteur pourrait potentiellement être utilisé pour développer de nouveaux capteurs quantiques.

"C'est tout comme le Grand collisionneur de hadrons peut utiliser la particule de Higgs pour détecter l'énergie noire ou l'antimatière afin de nous aider à comprendre l'origine de l'univers, " a déclaré Wang. " Et nos capteurs en mode Higgs sur la table ont le potentiel de nous aider à découvrir les secrets cachés des états quantiques de la matière. "

Cette compréhension, Wang a dit, pourrait faire avancer une nouvelle « révolution quantique » pour le calcul à grande vitesse et les technologies de l'information.

"C'est une façon aussi exotique, étrange, le monde quantique peut être appliqué à la vie réelle, " a dit Wang.

Contrôle de la lumière des supraconducteurs

Le projet adopte une approche à trois volets pour accéder et comprendre les propriétés spéciales, comme ce mode de Higgs, caché dans les supraconducteurs :

Le groupe de recherche de Wang utilise un outil appelé spectroscopie térahertz quantique pour visualiser et orienter des paires d'électrons se déplaçant à travers un supraconducteur. L'outil utilise des flashs laser comme bouton de commande pour accélérer les supercourants et accéder à de nouveaux états quantiques de la matière potentiellement utiles.

Le groupe d'Eom a développé la technique de synthèse qui produit des couches minces cristallines du supraconducteur à base de fer avec une qualité suffisamment élevée pour révéler le mode de Higgs. Le groupe de Hellstrom a développé des sources de dépôt pour le développement de couches minces supraconductrices à base de fer.

Le groupe de Perakis a dirigé le développement de modèles et de théories quantiques pour expliquer les résultats des expériences et simuler les caractéristiques saillantes du mode de Higgs.

Le travail a été soutenu par une subvention à Wang de la National Science Foundation et des subventions à Eom et Perakis du département américain de l'Énergie.

"La science interdisciplinaire est la clé ici, " a dit Perakis. " Nous avons la physique quantique, science et ingénierie des matériaux, la physique de la matière condensée, lasers et photonique avec des inspirations fondamentales, physique des hautes énergies et des particules."

il y a du bon, raisons pratiques pour les chercheurs de tous ces domaines de travailler ensemble sur le projet. Dans ce cas, les étudiants des quatre groupes de recherche ont collaboré avec leurs conseillers pour accomplir cette découverte.

« Scientifiques et ingénieurs, " Wang a écrit dans un résumé de recherche, "Je me suis récemment rendu compte que certains matériaux, comme les supraconducteurs, possèdent des propriétés exploitables pour des applications en information quantique et en sciences de l'énergie, par exemple., En traitement, enregistrement, stockage et communication."