Parcours Etranges

Simulation de trajectoires classiques dans un gaz bidimensionnel d’électrons.¹ Le transistor, le plus commun des dispositifs électroniques, contient des structures contraignant le mouvement des électrons, de sorte à qu’ils soient libres de se déplacer sur le plan x-y mais soient totalement confinés dans la direction z, formant un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG). Les détails du mouvement des électrons dans un flux 2DEG étaient inconnus jusque récemment, quand des nouvelles technologies de microscopie ont permis l’observation des chemins. ²

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De manière inattendue, l’observation a montré une structure chaotique au lieu d’un écoulement régulier, avec une ramification des chemins classiques réminiscente de formes naturelles familières. La simulation a montré que ces motifs ne sont pas dûs à des chemins énergetiques préférés inscrits dans le fond, comme pour le chemin d’un fleuve sur une vallée, mais à l’effet chaotique cumulé du déplacement sur des irregularités positives du paysage atomique.

1. Digital Artwork © Eric J. Heller, Resonance Fine Art [↩]
2. M. A.Topinka, B. J. LeRoy, R. M. Westervelt, S. E. J. Shaw, R. Fleischmann, E. J. Heller, K. D. Maranowski, A. C. Gossard, “Coherent Branched Flow in a Two-Dimensional Electron Gas“, Nature, 410, 183 (2001) [↩]

Photographies au microscope optique de cristaux de neige.¹ Leur symétrie caractéristique à 6 branches est liée à la structure moléculaire de l’eau, qui dans son état solide aux températures et pressions terrestres se stabilise dans un réseau hexagonal.² Chaque cristal a environ 10¹⁸ molecules d’eau, et sa forme très spécifique est due à une dépendance complexe avec les variations de température et d’humidité, et à la diffusion non linéaire menant à des instabilités dendritiques. Chaque flocon de neige enregistre une histoire particulière d’interactions avec l’environnement, comme “un hiéroglyphe envoyé du ciel”.³

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1. © Kenneth G. Libbrecht (Caltech) [↩]
2. L’eau a plusieurs autres phases solides selon la pression et la température, avec une différente symétrie cristalline. P.e. la glace-Ic qui se forme à pression ambiante mais à des températures inférieures à -80°C a une symétrie cubique. [↩]
3. U. Nakaya, “Snow Crystals: Natural and Artificial”, Harvard University Press (1954) [↩]

Image en lumière infrarouge en exposition filtrée composite de la galaxie M104, prise par le téléscope spatial Spitzer en juin 2004. La galaxie M104 (”galaxie du Sombrero”) est située dans l’amas de la Vierge à une distance d’environ 30 millions d’années-lumière. Son gigantesque anneau de poussière s’étend sur plus de 50 000 années-lumière. Il est considéré qu’un trou noir supermassif d’un milliard de masses solaires existe en son centre.

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1. © NASA/JPL-Caltech/R. Kennicutt (University of Arizona), and the SINGS Team [↩]

Carte tridimensionnelle de la distribution à grande échelle de la matière sombre dans l’univers observable, réalisée d’après les données du telescope spatial Hubble (NASA, 7 Jan 2007). La carte, déterminée par l’analyse des distorsions gravitationnelles de la lumière provenante des galaxies, revèle un réseau de filaments dont les intersections correspondent aux concentrations de matière “normale” des amas de galaxies. La concentration de matière sombre en blocs apparaît plus prononcée en allant de droite (régions éloignées dans l’espace et le temps) vers la gauche (régions plus proches et récentes).

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La matière sombre est une forme théorique de matière actuellement observée par ses seuls effets gravitationnels, qui représente selon le modèle cosmologique standard plus de 20% de la densité d’énergie de l’univers. Elle fut postulée en premier lieu pour expliquer certains mouvements des galaxies et d’autres données cosmologiques, et confirmée par des observations de lentille gravitationnelle de l’amas de galaxies Bullet en août 2006.

1. © NASA, ESA, R. Massey (Caltech) [↩]

Image du Soleil prise à travers la Terre, en “lumière de neutrinos”, au détecteur Super-Kamiokande (Japon). L’image a été réalisée avec une durée d’exposition de 503 jours, en enregistrant les neutrinos provenants du coeur du Soleil et detectés à l’intérieur d’une vasque de 45 milions de litres d’eau située à 1 km sous terre. Pendant les nuits, les neutrinos ont traversé en transparence la terre entière avant d’être enregistrés dans cette image.

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Le neutrino est une particule élémentaire de matière ayant une masse presque nulle et intéragissant uniquement par la force nucléaire faible et la gravité, ce qui induit son déplacement sans difficulté à travers les solides ordinaires à presque la vitesse de la lumière. Lors d’une rare interaction entre un neutrino et un électron dans l’eau du détecteur, ce dernier est acceleré à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans l’eau, ce qui produit une impulsion de lumière -dit rayonnement de Tcherenkov- analogue à un boom supersonique. Ces impulsions sont detectées par des milliers d’amplificateurs de lumière disposés partout sur la surface de la vasque.

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1. © R. Svoboda, K. Gordan [↩]
2. © Kamioka Observatory, ICRR (Institute for Cosmic Ray Research), The University of Tokyo [↩]

Les deux galaxies à spirale des Antennes ont commencé à se heurter il y a quelques centaines de millions d’années (un court intervalle de temps comparé à la durée de vie des galaxies). Pendant la collision, les étoiles passent les unes à côté des autres mais en raison de la gravité, des gigantesques forces de marée ejectent des jets d’étoiles sur les côtés, produisant la forme caractéristique à deux “antennes” du système. Les nuages de gaz à l’intérieur de chaque galaxie sont également comprimées, donnant naissance à des milliers de nouveaux amas stellaires. Les noyaux des deux galaxies fusionneront finalement en une seule galaxie. Un événement semblable arrivera à notre galaxie, la Voie Lactée, quand elle se heurtera à Andromeda dans plusieurs milliards d’années.

1. © NASA, Hubble Space Telescope, 2006 [↩]

Vue depuis le cratère martien Victoria prise par le robot d’exploration Opportunity (2006)¹. Le sable est riche en oxydes rougeâtres de fer, qui sont également suspendus comme poussière dans l’atmosphère de CO₂, menant à la dispersion d’une lumière rouge-rose. Les nuages de glace d’eau se déplacent à ~10 mètres par seconde et devraient produire des chutes de neige dans certaines zones.

1. Couleur exagérée [↩]
2. © NASA [↩]

Découverte de la particule W au collisionneur proton-antiproton du CERN (1982)¹. La collision proton-antiproton crée une particule W qui se désintègre en un électron à haute énergie (indiqué par la flèche en bas à droite) émis à un angle important par rapport au faisceau, et un neutrino invisible, dont la présence est déduite par l’énergie manquante de l’électron.

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1. C. Rubbia. Experimental observation of the intermediate vector bosons W⁺, W^- and Z⁰. Nobel lecture, 8 décembre 1984 [↩]
2. © CERN [↩]

Observation du fond diffus cosmologique par le satellite COBE (1990-1993).¹ Le fond diffus cosmologique est une lumière de fond dans le spectre des micro-ondes (qui precède l’infrarouge), présente dans tout le ciel, qui fut émise il y a environ 14 milliards d’années lorsque l’univers devint transparent peu après le big-bang. Les irrégularités témoignent de la formation des structures dans l’univers embryonnaire.

1. Prix Nobel 2006 à John C Mather, George F Smoot [↩]
2. © NASA [↩]

Neurone de la région hyppocampale du cerveau. Le noyau, l’axone et les dendrites sont révélés visuellement par l’utilisation du gène GFP, qui exprime une proteine fluorescente dans la cellule.

1. © Paul De Koninck, Université Laval, Canada [↩]