Cinq découvertes russes récentes qui ont bouleversé la science

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Les scientifiques du pays ont réalisé et participé à des découvertes cruciales qui continuent à façonner la physique, les mathématiques et d'autres disciplines. Russia Beyond vous dévoileles cinq plus importantes.

Instruments révolutionnaires utilisés lors de deux missions distinctes de Mars

Le 28 septembre 2015, la mission Mars Curiosity a annoncé qu'elle avait trouvé des traces d'eau salée coulant sous la surface peu accueillante de la Planète rouge. Grâce à l'instrument DAN (Dynamic Albedo of Neutrons) fabriqué en Russie, la NASA a pu cartographier les quantités d'hydrogène présentes sous la surface, leur distribution, ainsi que la composition chimique de l'eau.

DAN - le seul instrument russe de la mission Curiosity - était en fait basé sur l'information obtenue par un autre instrument - le détecteur de neutrons à haute énergie (HEND) de l'Institut de recherche spatiale russe, construit pour la mission Mars Odyssey de la NASA en 2001. Grâce à cet appareil, des plaques d'eau glacée ont été découvertes autour des pôles de la planète.

Les données des deux instruments ont été corrélées pour une meilleure image. Inutile de dire que ces missions étaient d'une importance capitale non seulement pour trouver de l'eau, mais aussi pour la vie elle-même. Car là où il y a de l'eau, il y a généralement de la vie.

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Métamatériaux quantiques

L'effort conjoint russo-allemand visant à utiliser des matériaux apparemment improbables en tant qu’éléments de contrôle dans les circuits électriques supraconducteurs mérite d'être étudié. Qu'est-ce qui rend les métamatériaux si spéciaux? Eh bien, nous pensons traditionnellement à un matériau constitué d'atomes spécifiques qui lui donnent ses caractéristiques - densité, couleur, etc. Mais avec les métamatériaux, ces propriétés sont régies par l'arrangement structurel des atomes. Les métamatériaux appartiennent donc au mystérieux domaine quantique, où les lois de la physique deviennent incroyablement troubles.

Les métamatériaux sont composés de minuscules nano-atomes, eux-mêmes constitués de centaines de mètres de structures complexes qui sont impossibles à séparer : elles changent de propriétés au premier signe d'interférence. En utilisant un champ magnétique, cependant, les scientifiques ont pu activer et désactiver ces propriétés.

La percée a été réalisée au Laboratoire des matériaux supraconducteurs de l'Université russe des sciences et technologies MISIS et est attribuée à de petites particules appelées «qubits» jumeaux. Contrairement aux qubits classiques, le qubit jumeau s'adapte et simule les propriétés d'un matériau ou procédé naturel.

Les structures en qubit étaient capables d'effectuer des opérations complexes (comme le transfert de rayonnement électronique) tout en restant à des niveaux quantiques. Les implications sont cruciales. En créant des systèmes de qubit plus complexes, des simulateurs quantiques peuvent être obtenus, reproduisant et simulant les propriétés des processus et des matériaux réels.

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La formation d'hydrocarbures n'est pas seulement un processus organique, et est donc potentiellement infinie

La question de la fin du pétrole est l'un des principaux facteurs de conflit dans le monde. L'importance de trouver des sources durables de carburant ne peut être surestimée. La sagesse conventionnelle affirme que la formation d'hydrocarbures (l'élément utilisé pour produire du pétrole) est un processus biologique impliquant la décomposition de tissus organiques morts depuis longtemps et d'autres processus chimiques à l'intérieur de la Terre - pour former ensuite des « combustibles fossiles ».

Cependant, des scientifiques russes sont depuis longtemps partisans de l'idée de la formation abiogénique d'hydrocarbures, résultant de réactions inorganiques survenant à seulement environ 150 km au-dessous de la surface. Une nouvelle fois, en 2017, s'appuyant sur son travail précédent, Vladimir Koutcherov – aux côtés d’Elena Moukhina et d’Anton Kolesnikov - a avancé que la profondeur réelle de la formation n'était que de 70 km.

Pour prouver sa théorie, l'équipe a exposé le carbone inorganique et de l'eau au type de pressions et de températures relevées dans le manteau supérieur de la Terre. Les estimations ont été ramenées à seulement 280-300°C (contre 1000°C précédemment), avec des pressions de seulement deux - trois gigapascals (contre cinq gigapascals précédemment).

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« Maintenant, nous voyons que les hydrocarbures peuvent se former à travers un large éventail de paramètres minéralogiques et thermodynamiques, a déclaré Moukhina dans l'étude, publiée dans la revue Scientific Reports. Nous savons maintenant que ce processus n'est pas seulement possible, mais possible presque partout dans le manteau ».

Selon l'équipe, le monde entre dans une ère d'hydrocarbures. Ce qui reste à faire est d'explorer de nouvelles façons de les pousser à la surface. « Il semble qu'il y ait beaucoup plus d'hydrocarbures dans les profondeurs de la Terre que ce que l'on pensait auparavant », ajoute Moukhina.

Perelman et la conjecture de Poincaré

Beaucoup se souviennent de l'histoire du mathématicien qui avait refusé 1 million de dollars - Grigori Perelman. Pour ceux qui ne le connaissent pas, le génie russe enfermé dans son appartement a reçu un prix d'un million de dollars du Clay Mathematics Institute de Cambridge, dans le Massachusetts, mais l'intéressé l'a refusé. Le génie avait déjà refusé un prix de 10 000 dollars en 2006 - l'équivalent d'un Oscar dans le domaine des mathématiques.

Perelman, jusqu'ici inconnu, avait été largement acclamé en 2010 pour avoir résolu la conjecture de Poincaré, l'un des sept grands problèmes non résolus en mathématiques. James Carlson, président de CMI, a déclaré : « La résolution de la conjecture de Poincaré par Perelman met un terme à la quête séculaire de la solution, c'est une avancée majeure dans l'histoire des mathématiques dont on se souviendra longtemps ».

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Les raisons avancées ultérieurement par Perelman pour refuser le prix en ont surpris plus d'un. « Je n'aime pas cette décision, je la considère injuste, a-t-il dit. Je considère que la contribution du mathématicien américain [Richard] Hamilton à la résolution du problème n'est pas inférieure à la mienne ».

Révolution dans les technologies de l'information et de la communication

Jores I. Alferov, de l'Institut Physico-Technique A.F. Ioffe, à Saint-Pétersbourg, est l'un des scientifiques les plus décorés de l'Union soviétique et il a remporté de nombreux prix pour sa contribution à la physique. Mais en 2000, avec Herbert Kroemer de l'Université de Californie à Santa Barbara, Alferov est allé plus loin en remportant le prix Nobel de physique pour son travail : « Développement d'hétérostructures semi-conductrices utilisées dans l'électronique à grande vitesse et l'optoélectronique ».

Les semi-conducteurs sont des matériaux ayant les propriétés des conducteurs électriques et des isolants. Ils forment la base de la plupart des composants électroniques dans notre vie quotidienne. En 1957, le premier transistor à hétérostructure a été proposé par Kroemer. Plus tard, en 1963, indépendamment de lui, Alferov avait proposé le concept de lasers à semi-conducteurs. Ceux-ci peuvent être vus dans les lecteurs de CD actuels, et peuvent être utilisés à la fois pour stocker et lire des données, ainsi que pour transmettre des informations le long des fibres optiques - comme nous le faisons avec les ordinateurs et Internet.

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Les hétérostructures sont également très importantes pour les amplificateurs haute fréquence à faible bruit, qui sont utilisés dans des appareils allant des téléphones mobiles jusqu'aux satellites.

Les principes mis au point par Alferov et ses collègues dans le domaine des technologies de l'information continuent de faire avancer le domaine aujourd'hui, car nous cherchons des moyens toujours plus rapides de transmettre l'information d'un point à un autre avec moins d'obstacles.

De la sculpture en bois la plus ancienne au monde aux extraordinaires trésors en or des nomades scythes : les découvertes réalisées par les archéologues russes ont grandement contribué au patrimoine scientifique et culturel de l'humanité. Pour en savoir plus, lisez notre article.

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