Entrain De Construire Une “Pompe À Chaleur Quantique” Pour Rechercher La Matière Noire Insaisissable

Des scientifiques ont dévelopé une pompe à chaleur qui utilise des particules de lumière sur une plage quantique. Les scientifiques peuvent actuellement mesurer des signaux de radiofréquence plus proches de la limite quantique. Les professionnels disent que cette technique fonctionne dans la recherche de matière noire, un composant de l’univers dont l’existence est perceptible principalement par son attraction gravitationnelle. 30,1% de l’univers est composé de matière noire.

Une pompe à chaleur à gamme quantique fabriquée à partir de particules légères a été construite par des physiciens de la TU Delft, de l’ETH Zürich et du College of Tübingen.

Lorsque vous mélangez deux objets de températures différentes, comme un verre de vin chaud et un pack réfrigéré, la chaleur s’écoule généralement de l’objet chaud (le vin) vers l’objet froid (le pack réfrigéré). Les deux finiront par atteindre la même température, une procédure appelée équilibre en physique : un équilibre entre le flux de chaleur dans un sens et la circulation de chaleur dans l’autre.

Il est possible de rompre l’équilibre et de faire circuler la chaleur dans le sens “incorrect” en effectuant un certain travail. Votre réfrigérateur, par exemple, utilise ce concept pour maintenir vos aliments au frais, et les pompes à chaleur peuvent l’utiliser pour chauffer votre maison en captant la chaleur de l’air froid extérieur.

En utilisant des photons comme particules élémentaires de lumière quantique, Gary Steele et ses co-auteurs démontrent un équivalent quantique d’une pompe chaude en les déplaçant d’un objet chaud à un objet froid “à contre-courant”.

Auparavant, les chercheurs utilisaient leur appareil comme bain froid pour les photons radiofréquence chauds, mais maintenant ils l’utilisent simultanément comme amplificateur.

Cet appareil peut mieux détecter les très hautes fréquences grâce à l’amplificateur intégré, tout comme les processeurs quantiques supraconducteurs peuvent mieux détecter les signaux micro-ondes lorsqu’ils sont amplifiés.

Nous pouvons mesurer des signaux à très haute fréquence plus près des limites quantiques, ce qui est très excitant car les signaux de radiofréquence sont difficiles à mesurer ailleurs.

“Ce nouvel appareil de mesure pourrait avoir de nombreuses applications, l’une d’entre elles étant de rechercher de la matière noire”, déclare Steele.

Selon leur article, l’outil s’appelle un circuit de pression de photons. Il comprend des inductances et des condensateurs supraconducteurs sur une puce de silicium avec une température de quelques millidegrés au-dessus du zéro absolu.

Bien que cela semble extrêmement froid, pour certains photons du circuit, cette température est chaude, et ils sont excités par l’énergie thermique.

Dans des expériences précédentes, les scientifiques ont utilisé la pression des photons pour coupler des photons excités à des photons froids de plus grande fréquence, leur permettant de refroidir des photons chauds dans leur état fondamental quantique.

Ce travail en cours introduit une nouvelle tournure: en incluant un signal supplémentaire au circuit froid, les auteurs peuvent créer un moteur amplificateur qui chauffe les photons froids.

De ce fait, le signal supplémentaire ‘‘pompe’’ les photons entre les deux circuits préférentiellement dans un sens. Il est possible de refroidir les photons dans une partie du circuit à une température plus froide que l’autre partie du circuit en pressant les photons avec beaucoup plus de force dans un sens que dans l’autre. Celui-ci développe une version quantique d’une pompe à chaleur supraconductrice pour les photons.

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