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Les expériences d’interférences mettant en jeu des molécules de plus en plus grosses et lourdes révèlent que les lois de la mécanique quantique sont applicables bien au-delà du monde de « l’infiniment petit » des électrons, des photons...

Les fentes de Young
Rappelons la fameuse expérience des fentes de Young, réalisée au tout début du XIXe siècle. La lumière issue d’une source ponctuelle tombe sur un obstacle opaque percé de deux fentes parallèles très fines et très rapprochées. Sur un écran placé derrière on observe non pas deux bandes claires (une en face de chaque fente), mais une série alternée de bandes claires et sombres : des franges d’interférences. On explique ce phénomène en admettant que la lumière passée par l’une des fentes et celle passée par l’autre se recouvrent sur l’écran d’observation et se renforcent (zones claires) ou se contrarient (zones sombres). Si la différence de longueur des deux trajets depuis chacune des fentes jusqu’à un point sur l’écran est un multiple entier de longueur d’onde, les deux lumières se renforcent ; en revanche, si l’écart vaut une demi-longueur d’onde, elles se retranchent, il y a extinction : leur somme donne alors de l’obscurité. Tout cela s’explique sans mystère dans le cadre de la théorie ondulatoire de la physique classique. Mais la mécanique quantique prédit que si la lumière est envoyée sous forme de photons, un à un, les uns après les autres, leur accumulation devrait encore donner des franges sur l’écran d’observation : des bandes parallèles alternativement surpeuplées et sous-peuplées par les points d’impact des photons ! L’expérience confirme ce résultat très étrange.

Des intérférences avec des molécules 
Le même résultat est encore obtenu même si les particules sont des électrons, des atomes, de petites molécules, voire des fullerènes comme cela a été réalisé à la fin des années 1990… Cela signifie qu’à cette échelle, la matière ne se comporte pas comme un grain ordinaire, car l’expérience des fentes de Young réalisée avec des billes ou des grains de sable donne sans surprise juste deux séries de points d’impact, une en face de chaque fente. La question est donc de savoir à partir de quelle dimension le comportement classique laisse sa place à un comportement quantique, interférentiel. Très récemment, deux collaborations internationales ont chacune réalisé une expérience d’interférences avec de très grosses molécules, cependant en employant avec un autre dispositif que des fentes de Young. Le premier groupe (Chine, Autriche, Suisse, Allemagne) a réussi une prouesse puisque leur molécule est composée d’environ 2000 atomes (il s’agit d’une porphyrine), tandis que la seconde équipe (Autriche, Royaume-Uni, Etats-Unis) a expérimenté avec un antibiotique composé de quinze acides aminés, la gramicidine A1. Ces résultats extraordinaires constituent un pas de plus vers des expériences quantiques avec des organismes vivants !

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Nouveau succès pour la mission New Horizons
Le 1er Janvier 2019, la sonde New Horizons a réussi l'exploit de survoler Ultima Thulé, l'objet céleste le plus éloigné jamais observé par l'homme.

Pluton et Charon
Credit: NASA/JHUAPL/SwRI

Une première historique

Lancée le 19 janvier 2006, New Horizons est une mission spatiale dédiée à l'observation de Pluton et de la ceinture de Kuiper, cette région du système solaire en forme d'anneau située au-delà des planètes géantes. Les corps présents dans cette zone seraient des vestiges des phases précoces d'accrétion du système solaire. Considérée comme une planète naine, Pluton fait partie de ces objets « transneptuniens ». La sonde New Horizons s'en est approchée le 14 juillet 2015 et les images recueillies ont notamment permis de mieux estimer sa taille.

Pour fêter la nouvelle année, New Horizons a survolé Ultima Thulé, un astéroïde de la ceinture de Kuiper, qui est l'objet stellaire le plus lointain jamais observé par une sonde. La NASA a publié le premier cliché détaillé d'Ultima Thule, qui ne ressemble à aucun objet stellaire observé jusqu'à présent. Les images prises à 27000 km de distance révèlent qu'Ultima Thulé est constitué de deux sphères connectées l'une à l'autre, l'ensemble mesurant 31 km de longueur d'un bout à l'autre. Les scientifiques ont renommé la plus grande sphère Ultima (19 km de diamètre) et la plus petite Thulé (14km de diamètre). Des images de meilleure qualité et des informations sur les caractéristiques physiques de cet objet inédit parviendront dans les semaines et les mois à venir.

Les instruments de New Horizons

Les instruments embarqués à bord de New Horizons ont été conçus pour examiner la géologie, la température et la composition de surface, ainsi que la pression atmosphérique de Pluton, de ses lunes et des objets de la ceinture de Kuiper. Notamment trois instruments optiques :

  • Alice, un spectromètre d'imagerie ultraviolette destiné à sonder la composition et la structure de l'atmosphère dynamique de Pluton.

  • Ralph, une caméra d'imagerie visible et multispectrale (MVIC), chargée d'établir la topographie de Pluton, de ses lunes et de la ceinture de Kuiper.

  • LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), surnommé « eagle eyes », est un télescope à large téléobjectif dont la mission est de fournir des images en haute définition et qui a permis de révéler la taille des cratères sur Pluton et ses lunes.

À bord de New Horizons se trouvent également deux instruments plasma : SWAP (Solar Wind Around Pluto) qui mesure les interactions de Pluton avec les vents solaires et PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation), un spectromètre à particules qui étudie la densité, la composition et la nature des particules de haute énergie et des plasmas qui s'échappent de l'atmosphère de Pluton.

La sonde embarque par ailleurs un radio-récepteur/radiomètre, REX (Radio Science Experiment), qui est une carte de circuit imprimé intégrée au système de télécommunication de la sonde. Le radio-récepteur est chargé de mesurer la température et à la pression atmosphérique de Pluton,  la densité de sa ionosphère mais aussi de rechercher la présence d'un éventuelle atmosphère sur Charon (la plus grande lune de Pluton) et d'autres objets de la ceinture de Kuiper.

Le dernier instrument majeur à bord de New Horizons est un capteur de poussière SDC (Venetia Burney Student Dust Counter ), dont la principale mission est de mesurer la concentration des particules de poussière dans le système solaire externe. Il est capable de détecter les grains de poussière microscopiques émis par les collisions des astéroïdes, des comètes et des autres objets de la ceinture de Kuiper.

Publié le 04/01/2019

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Yassa HARBANE
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