Le blog de mc2est-cesuffisant

Un déni ne procède pas d’une démarche scientifique.

L’ICHEP : (International Conférence of High Energie Physics), du 21 au 22 Septembre 2017 n’a produit aucune publication, aucune information. L’ICHEP précédent en Août 2016 fut tout aussi muet (voir article du 10/08/2016).

Jamais dans le monde présent, les physiciens des hautes énergies, des particules élémentaires, n’ont eu d’instruments et de détecteurs aussi puissants et aussi sensibles à leurs dispositions. Jamais, ils n’ont pu cumuler autant de données, par semaine d’exploitation, avec des quantités aussi élevées. Mais voilà, ils ne peuvent en extraire de l’information physique significative, ces physiciens n’ont rien à nous dire, pour le moment ils sont muets.

Malgré moi, j’avais été obligé d’être très critique début janvier 2016 sur le propos d’une très grande passivité de Fabiola Gianetti (directrice générale du CERN) : « Si une nouvelle physique est là, nous pouvons la découvrir, mais c’est entre les mains de la nature. » J’avais répliqué : « Avant tout nous devons avoir la pensée bien placée, une bonne théorie. »

Aucune attitude scientifique ne peut justifier le déni et tout au contraire la bonne attitude, c’est de faire un bilan exhaustif. C’est évidemment ce que nous sommes en droit d’attendre car la contribution des citoyens européens aux sommes d’argent très significatives qui assurent les investissements et le fonctionnement du CERN, qui ne doivent pas être remises en cause, doivent être régulièrement justifiées. Et les physiciens ont aussi la tâche de participer à l’élévation culturelle des populations.

Aucun déni ne se justifie !

Peut-être que l’absence de résultat depuis plusieurs années… est un résultat expérimental significatif. En effet depuis longtemps j’ai formulé l’hypothèse du point aveugle de l’intelligence humaine qui correspond aux événements d’une durée inférieur de l’ordre de 10^-25 ;-26s, soit, si on convertit en terme de trace spatiale de l’ordre de 10^{-17 ; -18} m, ce que j’avais encore rappelé dans l’article du 21/07/2017.

Effectivement, évoquer l’idée du point aveugle de l’intelligence humaine est très (trop) iconoclaste, pourtant je m’appuie fondamentalement sur une hypothèse réaliste qui est celle de la ‘Présence’ indubitable de l’Être cognitif qui conjecture pour comprendre et dire ce qu’est le monde physique. Et puis, il y a ce résultat plusieurs fois confirmé que l’être humain a besoin de l’ordre d’une demie seconde pour avoir conscience de…quelque chose. Alors pourquoi, comment, du fait de l’intermittence du fonctionnement de notre conscience, pourrait surgir un fonctionnement continu de nos capacités intellectuelles sur un sujet ?

P.S. Vient d’être publié aujourd’hui un article, ci-joint, qui annule l’hypothèse du photon noir. Belle coïncidence car dans l’article précédent, il y a quatre jours : « Tropisme », j’indique que le concept de photon noir n’a pas de signification et ne peut être retenu.

Dark Photon Conjecture Fizzles (disparaît)

September 28, 2017

The lack of so-called “dark photons” in electron-positron collision data rules out scenarios in which these hypothetical particles explain the muon’s magnetic moment.

BaBar Collaboration

Dark photons sound like objects confused about their purpose, but in reality they are part of a comprehensive theory of dark matter. Researchers imagine that dark photons have photon-like interactions with other dark matter particles. And these hypothetical particles have recently gained interest because they might explain why the observed value of the muon’s anomalous magnetic moment disagrees slightly with predictions. However, this muon connection now appears to have been ruled out by the BaBar Collaboration at the SLAC National Accelerator Laboratory in California. The researchers found no signal of dark photons in their electron-positron collision data.

Like the normal photon, the dark photon would carry an electromagnetic-like force between dark matter particles. It could also potentially have a weak coupling to normal matter, implying that dark photons could be produced in high-energy collisions. Previous searches have failed to find a signature, but they have generally assumed that dark photons decay into electrons or some other type of visible particle.

For their new search, the BaBar Collaboration considered a scenario in which a dark photon is created with a normal photon in an electron-positron collision and then decays into invisible particles, such as other dark matter particles. In this case, only one particle—the normal photon—would be detected, and it would carry less than the full energy from the collision. Such missing-energy events can occur in other ways, so the team looked for a “bump” or increase in events at a specific energy that would correspond to the mass of the dark photon. They found no such bump up to masses of 8 GeV. The null result conflicts with models in which a dark photon contribution brings the predicted muon magnetic moment in line with observations.

This research is published in Physical Review Letters.

–Michael Schirber

Ecrire sur la physique quantique, pourquoi est-ce si difficile ?

Ci-dessous, je joins un article publié le 14 septembre dans ‘physicsworld.com’, traduit par mes soins et sa version originale est en dernière page.

Cet article est intéressant parce qu’il est, à mes yeux, sincère en ce qui concerne le juste et nécessaire investissement intellectuel que nous devons entretenir avec les connaissances que nous acquérons dans le champ de la mécanique quantique. Il est aussi pour moi réconfortant parce qu’il indique que je ne suis pas isolé à l’égard du questionnement qui m’habite et que je décris en ce qui concerne la mécanique quantique. Le articles du 19/08/2015 et du 26/09/2015 en sont une complète illustration. L’auteur rappelle aussi que la pratique du doute positif constitue une assurance, un chemin qui permettra d’accéder à de nouveaux horizons de connaissances en physique. Pour le moment je réitère que nous ne pensons pas encore quantique mais que cela reste dans l’ordre du possible lorsque l’intelligence collective des physiciens saura mettre en évidence un ou des nouveaux paradigmes qui mettront en évidence les déterminations qui rabattent encore notre faculté de penser actuelle sur ce sujet. Reconnaître ces déterminations ne nous permettra pas de les éliminer mais de facto nous saurons construire le chemin pour les contourner, les dépasser.

Pourquoi est-ce si difficile d’écrire sur la physique quantique ?

C’était le thème du discours de George Musser lors d’un séminaire pour les journalistes et communicants scientifiques qui s’est tenu cette semaine à l’Université de Leeds et commenté par Hamish Johnston. « G. Musser, qui a beaucoup écrit sur des sujets tels que l’intrication quantique et la théorie des cordes – a donné plusieurs raisons, et en voici quelques-unes, qui ont particulièrement coincé dans mon esprit.

Une des raisons est que pour parvenir à une compréhension de ce que vous écrivez sur ce sujet peut être très chronophage. J’ai écrit sur le sujet de la mécanique quantique durant plus d’une décennie, je ne pouvais pas être plus en accord. Même en couvrant un petit morceau de recherche souvent cela implique de revenir sur plusieurs étapes en arrière et à chaque fois revoir les fondements de la théorie quantique (sic).

Une question à laquelle je me confronte dans ‘Physics World’, est : dois-je partager cette information fondamentale avec le lecteur, ou supposer qu’ils ont déjà les connaissances requises ? J’ai tendance à aller au premier cas, parce que le contexte dans lequel un passionnant travail de recherche est réalisé est souvent aussi intéressant que la percée elle-même proposée. Et il y a aussi le vieil adage que les physiciens aiment qu’on leur dise ce qu’ils savent déjà !

Musser a aussi également souligné que les documents de recherche sur la mécanique quantique peuvent être très déroutants. Je suis d’accord sur un point. Je peux certainement penser à deux revues de science générale de grande envergure qui sont sujettes à publier des documents sur la physique quantique qui peuvent être incompréhensibles. Cependant, je ne crois pas que les articles dans des revues leaders de physique tendent à être beaucoup plus accessibles – au moins pour les physiciens. Mais n’hésitez pas à prendre ceci pour un grain de sel, parce que je travaille pour un éditeur d’une revue de physique.

Musser dit aussi qu’interagir avec des chercheurs quantiques devrait être un processus à double sens, plutôt que le journaliste pose simplement des questions et enregistre les réponses. Bien que ces interactions prennent du temps, je pense qu’il s’agit de très bons conseils.

Il est très probable que la première réponse, que vous arrivez à obtenir d’une question sera incompréhensible. Ce n’est pas un jugement sur la capacité intellectuelle du journaliste, pas plus qu’un affront sur la capacité du physicien pour expliquer son travail. C’est juste que les concepts difficiles sont rarement compris dès la première fois.

Le conseil de Musser – contre les bonnes pratiques journalistiques, il souligne – est de mettre les choses en mouvement en provoquant la personne interrogée avec votre propre interprétation de la physique quantique en question. En fin de compte, c’est votre interprétation que vous présenterez à vos lecteurs, alors pourquoi ne pas faire un test de validation ? Si vous êtes inquiet par le biais rampant de votre interprétation partiale, vous pouvez toujours obtenir un deuxième avis d’un autre expert en quantique.

Et quand cet avis vient des experts, à qui devriez-vous faire confiance ? Est-ce que le promoteur d’une théorie nouvelle et controversée exprime des doutes sur leur idée ? Si oui, c’est une personne que vous pouvez croire, dit Musser, ajoutant que l’expression d’aucun doute est un très mauvais signe (sic). En effet, Musser signale que la plupart de nouvelles idées en physique ont tendance à être erronées, c’est ainsi que la science fonctionne.

Version originale By Hamish Johnston

Why is quantum physics so hard to write about?

That was the theme of George Musser’s keynote talk at a seminar for science communicators held this week at the University of Leeds. Musser – who has written extensively on topics such as quantum entanglement and string theory – gave several reasons and here are a few that stuck in my mind.
One reason is that reaching an understanding of what you are writing about can be very time consuming. I have been writing about quantum mechanics for over a decade, I couldn’t agree more. Even covering a small piece of research often involves taking several steps backwards and reviewing the fundamentals of quantum theory.

A question I face on Physics World is should I share this background information with the reader, or assume that they already have the required knowledge? I tend to go for the former because the background to an exciting piece of research is often as interesting as the breakthrough itself. And there’s also the old maxim that physicists love to be told what they already know!

Musser also pointed out is that research papers on quantum mechanics can be very confusing. I agree to a point. I can certainly think of two high-profile general science journals that are prone to publishing papers on quantum physics that can be incomprehensible. However, I do think that papers in leading physics journals tend to be much more accessible – at least to physicists. But feel free to take this with a grain of salt, because I do work for a physics journal publisher.

Musser also says that interacting with quantum researchers should be a two-way process, rather than the journalist simply asking questions and recording the answers. Although such interactions take time, I think this is very good advice.

It’s very likely that the first answer you get to a question will be incomprehensible. This is not a reflection of the intellectual ability of the journalist, nor a slight on the physicist’s ability to explain their work. It’s just that difficult concepts are rarely understood the first time around.

Musser’s advice – against good journalistic practice, he points out – is to move things forward by prompting the interviewee with your own interpretation of the quantum physics in question. Ultimately it is your interpretation that you will be presenting to your readers, so why not get a sanity check? If you are worried about bias creeping into your article, you can always get a second opinion from another quantum expert.

And when it comes to experts, who should you trust? Does the proponent of a new and controversial theory express some doubt about their idea? If so, that’s someone you can believe in, says Musser, adding that having no doubt is a very bad sign. Indeed, Musser points out that most new ideas in physics tend to be wrong, that’s just how science works.

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Enigme sur l’élémentaire !

            Aussi étrange que cela puisse paraître, un nouveau questionnement semble s’imposer à propos d’un objet physique si prépondérant et si ausculté, donc si bien connu, que serait l’électron. En fait le questionnement a toute son ampleur à propos des leptons dont fait partie l’électron (e^-) en tant que particule de matière chargée en compagnie du muon (µ^-) et du tau (τ^-) dont l’antiparticule respective à chacun d’entre eux a une charge positive. Ce questionnement me convient car les trois autres leptons sont les neutrinos avec des saveurs attachées dont j’ai la conviction que l’on ne doit pas corseter leurs propriétés physiques dans le cadre du modèle standard de la physique des particules élémentaires.

            Deux articles ont été publiés, il y a quelques jours :

Dans le NewScientist (NS), ci-joint en fin d’article : ‘What if the diminutive electron isn’t as small as it gets ?’ ; ‘Quoi, si le minuscule électron n’est pas si petit qu’il ne le paraît ?’

Sur le site du ‘Pour la Science’ : (PlS), du 04/09, ci-joint en fin d’article : ‘L’électron défie-t-il le modèle standard ?

Dans le NS, il est dit : “As far as we can tell, electrons are points with precisely zero size that obey the strange rules of the quantum world. One of these particles can influence another through a spooky property called entanglement, for example. Electrons can also tunnel from one place to another without existing in between”. Soit plus particulièrement : « … les électrons sont des points avec une dimension précisément égale à zéro qui obéit aux lois étranges du monde quantique… » Il n’est pas cohérent d’affirmer que l’électron a une dimension égale à zéro, sans être alerté par ce propos. Effectivement l’électron ne peut pas être de dimension égale à zéro car dans ce cas, physiquement il ne serait rien. Il est par contre possible de dire : il nous apparaît comme étant strictement ponctuel mais cela est dû à nos limites de détection, de perception. La dernière fois que j’ai lu une estimation de la dimension d’un électron (il y a 10 ans) c’était 10^-18m, soit mille fois plus petit que le proton = 1 fermi. De fait il nous est impossible d’évaluer sa dimension comme je l’ai déjà indiqué car selon mon hypothèse nous sommes limités par un point aveugle TpS, soit 10^-18m / C = de l’ordre de 10^-26s.

Pour l’auteur de NS il y a interrogation sur le fait que l’électron a deux frères plus lourds. Pourquoi ? Depuis des décennies les physiciens n’ont pas de réponses. Si les anomalies décelées par plusieurs accélérateurs de particules sont prises en compte il devrait y avoir un monde bourdonnant sous la surface de l’électron (sic) – dans ce cas cela nous forcerait à repenser toute la structure constitutive fondamentale de la matière.

Analysons l’autre article publié en français et tentons de retenir l’essentiel de ce qui est annoncé : L’électron défie-t-il le modèle standard ?

« Des indices provenant de trois expériences différentes suggèrent que les électrons et d'autres particules de la même famille violent certaines règles du modèle standard de la physique des particules (sic). Le problème viendrait des électrons (mc² = 0.5 MeV, on dit couramment et par extrapolation de masse : 0.5MeV, alors que m = 0,911×10^-27g) et de ses cousins plus massifs, les muons (105 MeV) et les leptons tau (1776 MeV). D'après le modèle standard, ces trois particules devraient se comporter comme un triplet de particules identiques ne différant que par la masse. Or trois expériences indépendantes ont mis en évidence des indices que ces particules se comportent différemment en raison d’une influence qui reste encore inconnue. Ces conclusions ne sont pas certaines, mais si elles sont confirmées, « cela serait une révolution », explique Mark Wise, de l’institut de technologie de Californie.

La première surprise venant des leptons est apparue dans les résultats obtenus en 2012 par l’expérience BaBar du Centre de l'accélérateur linéaire de Standford (SLAC) en Californie. L'expérience BaBar accélère et fait entrer en collision des électrons avec leurs antiparticules, les positrons. Ces collisions produisent un grand nombre de particules composites, très lourdes mais très instables : elles durent quelques fractions de nanosecondes avant de se décomposer en particules plus petites, et ainsi de suite. Les particules finales sont observées par les détecteurs, ce qui permet aux scientifiques de reconstruire toute la chaîne de désintégration des particules et de remonter aux particules initiales. Si le modèle standard est juste, deux chaînes de désintégrations observées par BaBar devraient produire des particules tau à hauteur de 25 à 30 % du nombre d'électrons, car ces derniers sont plus légers et donc plus faciles à produire. Mais ce n’est pas ce que l’équipe a observé. Les taus étaient beaucoup plus nombreux que prévu, ce qui sous-entend l'existence d'une différence, autre que la masse (sic), entre les leptons taus et les électrons.

Si les différents leptons interagissent vraiment de façon différente, la seule explication serait l’existence d’une force jusqu’ici inconnue. Dans le cadre du modèle standard, les particules massives se désintègrent en leptons (et autres particules) sous l’action de la force faible, cette même force qui est à l’origine de certaines désintégrations radioactives. Mais la force faible agit de la même façon sur tous les leptons. Ainsi, si l’on obtient plus de leptons taus ou muons par rapport à ce que la force faible devrait produire, c’est qu’une autre force inconnue, associée à une particule médiatrice encore inconnue, doit expliquer la désintégration des particules massives de façon à favoriser les particules tau et muons. Prouver l’existence d’une telle force serait une découverte aussi fondamentale que celle de l’électromagnétisme, même si les conséquences sur notre vie quotidienne seraient bien moins importantes. « Cela constituerait clairement, en exagérant à peine, une révolution de la physique », explique Hassan Jawahery, physicien de l’université du Maryland, aux Etats-Unis, et membre de la collaboration LHCb. »

Ces résultats qui interpellent, à juste raison, devraient être aussi questionnés à partir de la connaissance que nous avons des processus de désintégrations des cousins de l’électron, processus qui font intervenir les neutrinos et c’est peut-être à ce niveau que se situe l’étrangeté qui se révèle. En effet voici les différents canaux possibles des désintégrations :

1.     τ^-  →  µ^- + anti ν_µ + ν_τ    ou 2)  τ^-  →  e^- + anti ν_e + ν_τ
3.     µ^-  → e^- + anti ν_e + ν_µ

La durée de vie moyenne du tau = 290×10^-15s et celle du muon = 2×10^-6s. Les désintégrations 1) et 2) sont presque équiprobables moyennant un faible écart : 1) = 17,39% et 2) = 17,82% car le muon est plus lourd que l’électron. La désintégration 3) est quasi 100%.

            Or ce que nous connaissons des neutrinos est très limité voire biaisé parce que jusqu’à présent on a voulu définir leurs propriétés physiques dans le cadre du modèle standard, ce qui est à mon sens une erreur, notamment en ce qui concerne la nature de leur masse respective avec le postulat que celle-ci serait encapsulée par la relation E = mc² (voir introduction du blog). En effet la relation concerne la masse d’inertie, or, il n’est pas possible de qualifier celle des neutrinos comme telle, pas plus évidemment d’un point de vue gravitationnelle.

            A partir de ces considérations, il est compréhensible que ce soit l’ensemble de la famille des leptons qui soit affecté par ce type de postulat erroné. Partant, c’est l’ensemble de l’édifice des particules de matière auquel appartient les leptons qui devra être reconsidéré. Dans les deux articles l’accent est mis sur le fait que l’électron, la particule la plus stable, la plus commune, la mieux connue…? serait intrinsèquement concernée, renforce selon les auteurs l’étrangeté et le caractère inattendu d’une remise en question. Cela est dû au fait que les physiciens ont en général besoin de stabilité théorique pour prolonger le chemin de leurs découvertes, bien qu’ils sachent que cette stabilité est construite, si elle fertilise en partie, ils n’ont plus l’intention de repenser en arrière le bien-fondé du caractère construit. Il me semble que la physique des neutrinos ne doit pas être réduite aux propriétés physiques des neutrinos pensées dans le cadre du modèle standard, ce qui est pourtant toujours le cas présentement. Affaire à suivre puisqu’il y a du chambardement annoncé dans l’air.   

(Article du NewScientist) “What if the diminutive electron isn’t as small as it gets?

We thought electrons and their two mysterious siblings were fundamental particles. Now there are hints that we need to go smaller still to understand matter.

ONE in three people reading these words will do so on a device powered by electrons. To make that possible, we go to incredible lengths: generating electrons in vast power stations, stringing cables across the countryside to bear them to us, and installing sockets in the walls of every room. In short, we depend on them – which makes it a shade embarrassing that we don’t fully grasp what they are.

It’s not just that our best theories paint a strange picture of their nature, although that is true. As far as we can tell, electrons are points with precisely zero size that obey the strange rules of the quantum world. One of these particles can influence another through a spooky property called entanglement, for example. Electrons can also tunnel from one place to another without existing in between.

What is the universe made of? Learn more about particle physics in our expert talk at New Scientist Live in London

But the truly inexplicable thing about the electron is that it has two heavier siblings. The universe would tick along fine without these particles, which never hang around long anyway. So why do they exist? And why are there three siblings, not four or 104?

For decades, physicists have had no answer to these questions, but at last we may be edging towards an understanding. If anomalies at particle accelerators across the globe are to be believed, there may be a hidden world buzzing beneath the surface of the electron – one that would force us to rethink all the fundamental building blocks of matter.

The electron was our first…”

L’électron défie-t-il le modèle standard ? (Article de ‘Pour la Science’)

Des indices provenant de trois expériences différentes suggèrent que les électrons et d'autres particules de la même famille violent certaines règles du modèle standard de la physique des particules. 

Depuis des décennies, les physiciens cherchent des signes de comportements étranges chez certaines particules, qui trahiraient des failles subtiles dans le modèle standard de la physique des particules, la théorie dominante décrivant les éléments fondamentaux de l’Univers. Même si l’accord remarquable du modèle standard avec les observations n’est plus à prouver, les scientifiques savent depuis longtemps que des ajustements seront nécessaires. Dans un article publié dans la revue Nature, les chercheurs rapportent des observations qui semblent défier la théorie, mais ces comportements anormaux ne sont pas tout à fait ceux auxquels s’attendaient les théoriciens.

Le problème viendrait des électrons et de leurs cousins plus massifs, les muons et les leptons tau. D'après le modèle standard, ces trois particules devraient se comporter comme un triplet de particules identiques ne différant que par la masse. Or trois expériences indépendantes ont mis en évidence des indices que ces particules se comportent différemment en raison d’une influence qui reste encore inconnue. Ces conclusions ne sont pas certaines, mais si elles sont confirmées, « cela serait une révolution », explique Mark Wise, de l’institut de technologie de Californie.

Des signes alléchants 

Un bouleversement dans le modèle standard serait un événement spectaculaire. Cette théorie est la matrice de la recherche en physique des particules depuis son développement durant la seconde moitié du XX^e siècle. Elle décrit l’Univers avec seulement douze particules élémentaires qui forment toute la matière, plus des particules médiatrices des quatre forces fondamentales de la nature (par exemple, la force électromagéntique correspond à un échange de photons). Malgré son succès, cependant, le modèle standard échoue à expliquer la gravitation ou la matière noire (qui représente 25 % du contenu de l’Univers). Pour concilier la physique des particules avec ces observations à grande échelle, les théoriciens ont proposé toutes sortes de « nouvelles physiques » – des théories qui ajoutent des particules ou des forces au zoo du modèle standard. Mais pour l’instant, la plupart des expériences concordent avec les prédictions du modèle standard avec une précision impressionnante et aucun indice de ces hypothétiques particules ou forces n’a pu être mis en évidence.

Cependant, depuis 2012, des signes de comportements anormaux de certaines particules ont commencé à émerger d'une partie moins étudiée du modèle standard surnommée « l’universalité leptonique ». Les leptons sont une classe de particules de moment angulaire intrinsèque (ou spin) 1/2 et non sensibles à l'interaction forte, qui comprend les électrons, les muons et les leptons tau (ou tauons). Selon le modèle standard, ces trois espèces devraient interagir de la même façon entre-elles et avec les autres particules à l'exception des différences attribuables à leurs masses distinctes. Cette similitude correspond à l’universalité leptonique.

La première surprise venant des leptons est apparue dans les résultats obtenus en 2012 par l’expérience BaBar du Centre de l'accélérateur linéaire de Standford (SLAC) en Californie. L'expérience BaBar accélère et fait entrer en collision des électrons avec leurs antiparticules, les positrons. Ces collisions produisent un grand nombre de particules composites, très lourdes mais très instables : elles durent quelques fractions de nanosecondes avant de se décomposer en particules plus petites, et ainsi de suite. Les particules finales sont observées par les détecteurs, ce qui permet aux scientifiques de reconstruire toute la chaîne de désintégration des particules et de remonter aux particules initiales. Si le modèle standard est juste, deux chaînes de désintégrations observées par BaBar devraient produire des particules tau à hauteur de 25 à 30 % du nombre d'électrons, car ces derniers sont plus légers et donc plus faciles à produire. Mais ce n’est pas ce que l’équipe a observé. Les tauons étaient beaucoup plus nombreux que prévu, ce qui sous-entend l'existence d'une différence, autre que la masse, entre les leptons taus et les électrons.

Les résultats de l’expérience BaBar n’étaient qu’un début. Deux autres expériences, LHCb au LHC en Suisse, et Belle, au Japon, ont étudié les mêmes chaînes de désintégration et ont obtenu des résultats similaires en 2015. Belle, comme BaBar, scrute des collisions d’électrons et de positrons. Mais l'expérience LHCb observe des collisions protons-protons à des énergies plus élevées, avec d’autres méthodes de détection. Ces différences dans les dispositifs rendent moins probable que les résultats ne soient que le fruit d’erreurs expérimentales, étayant ainsi la possibilité que cette anomalie soit bien réelle.

En outre, l’expérience LHCb avait aussi mis en lumière des indices de la violation de l’universalité leptonique lors de l’étude d’une autre chaîne de désintégration produisant des leptons. Et il y a quelques mois,, l'équuipe a annoncé avoir mesuré des anomalies potentielles dans  une quatrième chaîne de désintégration. Une disparité similaire entre les électrons et cette fois-ci les muons a également été découverte le mois dernier. Tous ces indices démontrent que quelque chose ne tourne pas rond dans le modèle actuel. « Si ces déviations se confirment », explique Michael Roney, porte-parole de l’expérience BaBar et professeur à l’université de Victoria, « cela serait très étrange qu’elles ne soient pas liées entre elles. » 

Une révolution... si les faits sont avérés

Si les différents leptons interagissent vraiment de façon différente, la seule explication serait l’existence d’une force jusqu’ici inconnue. Dans le cadre du modèle standard, les particules massives se désintègrent en leptons (et autres particules) sous l’action de la force faible, cette même force qui est à l’origine de certaines désintégrations radioactives. Mais la force faible agit de la même façon sur tous les leptons. Ainsi, si l’on obtient plus de leptons taus par rapport à ce que la force faible devrait produire, c’est qu’une autre force inconnue, associée à une particule médiatrice encore inconnue, doit expliquer la désintégration des particules massives de façon à favoriser les particules tau. Prouver l’existence d’une telle force serait une découverte aussi fondamentale que celle de l’électromagnétisme, même si les conséquences sur notre vie quotidienne seraient bien moins importantes. « Cela constituerait clairement, en exagérant à peine, une révolution de la physique », explique Hassan Jawahery, physicien de l’université du Maryland, aux Etats-Unis, et membre de la collaboration LHCb.

Les enjeux sont si importants que les physiciens réclament des preuves irréfutables – et ceux qui réalisent les expériences en ont pleinement conscience. Greg Ciezark, auteur principal de l’article paru dans Nature et post-doctorant à l’institut national Nikhef de physique subatomique, à Amsterdam, précise que les violations de l’universalité « font partie des affirmations extraordinaires », ce qui implique, selon l’adage, des preuves extraordinaires. Pour l’instant, Michael Roney résume bien le scepticisme ambiant : « on ne parie pas contre le modèle standard. »

Aujourd’hui, les indices commencent à devenir consistants. Quand on combine toutes les données, la probabilité que les déviations dans la production de particules taus et d’électrons soient uniquement dues au hasard est d’environ un pour 10 000. Pour n’importe quelle question de la vie quotidienne, cela serait plus que suffisant. Mais les physiciens des particules aiment être très prudents : ils ne considèrent une découverte comme confirmée que s'il y a moins d'une chance sur 3,5 millions que ce soit une fausse alerte. Comme certains scientifiques « expérimentés » peuvent en témoigner, ils se sont déjà fait avoir plusieurs fois, explique Zoltan Ligeti, professeur en physique théorique au laboratoire américain Lawrence Berkeley : « nous avons déjà observé des fluctuations similaires apparaître puis s'évanouir par le passé ».

Cette découverte est d’autant plus étonnante que l’universalité leptonique n’est absolument pas le secteur du modèle standard où les scientifiques s’attendaient à trouver des failles. « Il y a une sorte de fil conducteur auquel les théoriciens se rattachent », explique Mark Wise, et « ceci ne fait pas partie du déroulement anticipé ». Pire encore, les explications proposées pour le comportement des leptons semblent ad hoc et peu satisfaisantes. « À première vue, le type de modèle qui peut reproduire les anomalies n’explique... rien d’autre », précise Zoltan Ligeti. « Par exemple, il ne nous aidera pas à comprendre ce que peut être la matière noire. »

Il ajoute cependant que « c’est la nature qui nous dit ce qu’elle est ». Faire des expériences est donc la clé. Les physiciens observent de plus en plus d’indices de violations au sein du modèle standard et proposent de nouvelles explications. Les expérimentateurs, mais aussi les théoriciens, essaient aussi de réduire les incertitudes qui existent encore dans les différentes mesures. Il faudra probablement attendre les nouvelles données de l’expérience LHCb et celles de la version améliorée de l’expérience Belle. Les physiciens sont optimistes et pensent que d'ici cinq ans environ, nous saurons si l’effet observé est réel et nous connaîtrons son origine. « S’il existe une nouvelle particule médiatrice », explique Svjetlana Fajfer, une théoricienne de l’université de Ljubljana en Slovénie, « elle devrait avoir une masse à la portée du LHC ». En d’autres termes, l’accélérateur de particules devrait être capable de produire cette particule et de l’identifier. Pour beaucoup de physiciens, la possibilité de tester cette idée est séduisante. « Cela rend la chose très excitante. Si je fais quelque chose, cela pourra être confirmé ou réfuté. Dans un sens comme dans l’autre, l’affaire sera close », conclut Zoltan Lige

Au sein de l’Eternité, Espace et Temps se confondent.

Il m’est arrivé assez fréquemment de terminer un article en exprimant en quelques phrases quelle était la métaphysique qui guidait ma réflexion dans le cadre d’une physique prospective. Ici dans ce présent article, je l’exprime tout de go, parce que les deux articles de ‘Pour la Science’ de Septembre, que je vais commenter, proposent des arguments en faveur de cette métaphysique qui rend compte de la dynamique de l’investissement intellectuel du ‘Sujet Pensant’ et que je rappelle : « Au sein d’une Eternité, parmi tous les possibles, Anthrôpos ne cesse de creuser sa compréhension de la physique de l’univers. Cette compréhension est sans fin car, concomitamment, à chaque étape du dévoilement de la nature de l’univers, Anthrôpos développe des nouvelles capacités de décryptement. Cette dynamique ne peut se tarir car rejoindre l’Eternité : là où l’espace et le temps infinis se confondent, ne peut être pour Anthrôpos qu’un horizon. »

Dans le premier article en question : ‘Le multivers quantique’, page 26, on peut lire en introduction : « LA COSMOLOGIE LAISSE PENSER QUE NOTRE UNIVERS N'EN SERAIT QU'UN PARMI D'INNOMBRABLES AUTRES. ET SI CETTE MULTIPLICITÉ D'UNIVERS COÏNCIDAIT AVEC L’IDÉE DES MONDES MULTIPLES AVANCÉE (par Hugh Everett en 1957) IL Y A DONC SOIXANTE ANS POUR COMPRENDRE LA PHYSIOUE QUANTIOUE ? »

« Pour de nombreux cosmologistes, ce que nous pensons être l'Univers dans son intégralité ne serait qu'une infime partie d'un ensemble bien plus vaste : le multivers. Selon ce scénario, il existerait une multitude d'univers, dont l’un serait celui où nous vivons. Et chacun de ces mondes serait régi par des lois différentes ; ce que nous pensions être les principes fondamentaux de la nature ne serait plus si absolu. Ainsi, les types et propriétés des particules élémentaires et de leurs interactions pourraient varier d'un univers à l'autre. 

L’idée du multivers émerge d'une théorie suggérant que le cosmos primordial a subi une expansion fulgurante, exponentielle. Au cours de cette période d’inflation cosmique, certaines régions de l'espace auraient vu leur expansion rapide prendre fin plus tôt que d'autres, formant ce qu'on appelle des : ‘univers-bulles’, un peu comme des bulles dans un volume d'eau bouillante. Notre univers correspondrait à l'une de ces bulles, au-delà de laquelle il y en aurait une infinité d'autres. »

Avec ma métaphysique, l’Univers que j’évoque, in fine, est un tout infini, parménidien, qui d’ailleurs avait occupé l’esprit d’Einstein pour penser l’invariance dans la loi de la Relativité Générale, alors que : Yasunori Nomura, l’auteur de l’article que je cite, avance l’idée d’infinité d’univers-bulles cloisonnés. Ce que je pense c’est que ce cloisonnement va, au fur et à mesure, se dissiper pour accéder à la sommation de tous ces univers-bulles. Le cloisonnement énoncé est corrélé au cloisonnement de notre capacité actuelle de penser plus en avant les lois de la physique. Cette étape avant-gardiste de Nomura, est encore à son balbutiement, il est même possible qu’elle soit erronée tout au moins partiellement mais ce qui est significatif : c’est de commencer à projeter l’idée que ce que l’on repère comme notre seul univers est étriquée. C’est la fin du principe anthropique. Penser d’autres univers possibles implique de penser : « Et chacun de ces mondes serait régi par des lois différentes ; ce que nous pensions être les principes fondamentaux de la nature ne serait plus si absolu. », que nous avons encore des lois physiques à découvrir. C’est une illustration de la dynamique que je relate avec ma métaphysique (je rappelle que pour moi métaphysique signifie : de la physique en gestation).

Quand Nomura écrit : « Ainsi, les types et propriétés des particules élémentaires et de leurs interactions pourraient varier d'un univers à l'autre. »  Je n’exclus pas, comme je l’ai souvent explicité que le neutrino (voir dès l’article d’introduction du blog) soit une particule qui circule dans notre univers mais qui soit aussi un messager d’au moins un autre univers et à ce titre soit vecteur de propriétés de cette autre.  Lorsque l’on décryptera correctement les propriétés du ou des neutrino(s), du même coup on sera en mesure de penser la fusion de ce que l’on appelle notre univers avec cet autre, qui au moins ne feront plus qu’un.

Ainsi nous atteindrons une illustration de ce que nous dit l’auteur :

« L’idée que notre univers ne représente qu'une petite partie d'une structure beaucoup plus vaste n'est pas aussi bizarre qu'il y paraît. Après tout, à travers l'histoire, les scientifiques ont appris à maintes reprises que le monde ne se résume pas à ce qui en est visible. » Pour dire plus justement, je dirais : ne se résume pas à ce qui est présentement visible, parce que dès qu’une pensée juste est démontrée son objet devient visible d’une façon ou d’une autre, même si la visibilité n’est qu’intellectuelle et rigoureusement cohérente. Et quand le : présentement visible, est atteint, c’est l’au-delà de ce présentement : c’est ce qui reste à venir, qui devient l’instigateur de la perpétuelle quête intellectuelle. Pour l’être humain physicien il y aura toujours un reste… à venir. (Voir article avec D. Buonomano du 19/07)

Dans la suite de l’article, l’auteur propose d’expliquer la nouveauté de son point de vue de physicien par rapport à celui des pères étant à l’origine du Big-Bang et de la théorie de l’inflation : A. Guth, G. Gamow, A. Linde, P. Steinhardt… « Selon la théorie de l’inflation éternelle, il se forme une infinité de bulles d’espace où l’expansion exponentielle a ralenti. Chacune de ces bulles correspond à un univers ayant ses propres conditions initiales et physiques. Et l’un des mondes serait notre univers. Dans un univers éternellement en inflation, tout ce qui peut arriver, arrive ; en fait, tout arrive un nombre infini de fois » … « Plus précisément, (selon l’auteur), le scénario cosmologique d’un univers en éternelle inflation serait mathématiquement équivalent à l’interprétation des « mondes multiples, de la physique quantique (Everett). Cette idée est très spéculative (idée qui s’appuie plus sur une appréciation intuitive que sur de la démonstration), mais, comme nous le verrons, une telle connexion entre les deux théories donne des pistes pour résoudre (sic) le problème des prédictions, mais pourrait aussi révéler des informations surprenantes sur l’espace et le temps (sic)».

La suite est en grande partie consacrée à démontrer l’équivalence mathématique des deux théories. Je vous recommande évidemment de l’étudier dans la revue même.

Je reprends à partir de la page 34, là où il exprime son essentielle conviction : « Le multivers et les mondes multiples quantiques sont en réalité une seule et même chose ; ils correspondent simplement au même phénomène (la superposition d’états) qui se produit à des échelles complètement différentes. »

Ensuite, l’auteur indique quels sont les pistes qui permettraient de tester les conclusions de sa conviction. La mesure d’une petite quantité de courbure négative dans notre univers, serait selon lui une belle signature ou bien les vestiges d’une « collision » de notre univers-bulle avec un autre (souvenons-nous de l’énigme de la tache obscur dans le rayonnement fossile).

A propos du temps il conjecture : « Le temps est un concept émergent, quelque chose qui surgit d’une réalité plus fondamentale et qui semble n’exister que dans les branches locales du multivers. » Cette assomption me convient car la réalité plus fondamentale qu’il faut prendre en compte dans notre univers c’est l’émergence d’une intelligence. (voir mes articles précédents).

En conclusion Y. Nomura écrit : « Beaucoup des idées que je viens de présenter sont encore très spéculatives, mais il est passionnant que les physiciens soient en mesure de réfléchir à ces grandes et profondes questions sur la base des avancées théoriques actuelles. Où ces explorations nous mèneront-elles ? Il semble clair en tout cas que nous vivons une ère exaltante dans laquelle nos explorations scientifiques vont au-delà de ce que nous pensions être le monde physique entier – notre univers - pour atteindre un domaine potentiellement sans limites au-delà. » (D’accord avec Nomura, à condition de considérer que ce domaine potentiellement sans limites au-delà est pour nous, selon ma métaphysique, un horizon dont on peut s’approcher sans jamais l’atteindre, puisque c’est la condition de la mobilité permanente de notre pensée.)

A ce propos, puisqu’avant tout, avec ma métaphysique, nous sommes au sein d’une Eternité, effectivement il n’y pas de Big-Bang et j’ai toujours indiqué que celui-ci avait une fonction utilitaire mais pas plus. En effet l’anthrôpos a toujours besoin de poser sa pensée sur une origine qui ne peut être que provisoire, jusqu’à ce que le développement de sa pensée lui permette d’éliminer l’ancienne par une nouvelle qui annonce une nouvelle cosmogonie.

Il y a peu, le 15 août un article a été publié : ‘Loop quantum cosmology and singularities’ : ‘Cosmologie quantique à boucle et singularités’, in ‘Scientific Reports 7, Article number : 8161 (2017)’ et dans cet article très exhaustif il est affirmé que la théorie en question ne fait pas apparaître de Big-Bang ni de Big Crunch d’ailleurs, ces deux singularités ne sont pas nécessaires pour que la théorie soit cohérente. C’est la première fois que je lis un tel article et c’est un signe. De fait, de part en part, la fragilisation du modèle standard de la cosmologie est engagée depuis quelques années. Le 21 juin, il y avait un article qui avait pour titre : ‘Big Bang : le modèle de Hartle-Hawking est-il faux ?’ dans Futura science. Mais précédemment le 15 juin, un article explicite annonçait : ‘No Universe without Big Bang’ in Physical Review D (2017). DOI: 10.1103/PhysRevD.95.103508. Ce mouvement de balancement théorique va continuer à se produire jusqu’à ce que des mesures probantes finissent par stabiliser le curseur sur une configuration d’univers qui englobera le soi-disant nôtre exclusif actuel dans un monde plus vaste et plus riche en propriétés.

Le deuxième article que je veux citer dans le même N° de ‘Pour la Science’ a pour titre : ’L’inflation cosmologique reste le scénario le plus satisfaisant.’

Ci-joint une citation d’une partie de l’interview qui dit beaucoup sur la fragilité de ce scénario. Cette fragilité m’autorise à penser que ma métaphysique est tout autant légitime et fertile que la théorie de l’inflation.

Pourquoi certains physiciens sont-ils pessimistes quant à la possibilité de tester l'inflation ?

Certains considèrent que l'inflation est une idée impossible à tester par les observations, ce qui est un critère essentiel pour une théorie scientifique. Ils ajoutent que la diversité des scénarios inflationnaires et leur flexibilité face aux contraintes empêchent le paradigme inflationnaire d'être réfutable.

Une polémique à ce sujet est récemment née d'un article paru dans Scientific American et cosigné par Paul Steinhardt. Ce chercheur de l’université de Princeton est l'un des pères de la théorie de l’inflation, mais il se montre aujourd'hui très critique. Il est sain que des scientifiques mettent le doigt sur des difficultés que les autres n'ont pas vues, cela fait partie du processus normal de la recherche. C'est en essayant de répondre à ce genre de critiques que l'on améliore une théorie ou, au contraire, que l'on se rend compte qu'elle n'est pas satisfaisante. Un article virulent de Paul Steinhardt a été mal accueilli par la communauté et une trentaine de scientifiques lui ont répondu dans une lettre ouverte. Les critiques de Paul Steinhardt sont multiples ; il évoque notamment la non-testabilité de l'inflation et le problème de l'inflation éternelle.

De quoi s'agit-il ?

L’inflation éternelle est l'idée que si un champ scalaire provoque l'inflation, cette phase d'expansion ne peut pas prendre fin, parce qu'elle est alimentée par des fluctuations quantiques. Cela avait été découvert en 1983 par Paul Steinhardt et d'autres. L’expansion exponentielle ne s'interromprait que dans des régions limitées, où se formeraient des univers analogues au nôtre. Ces bulles forment un multivers. Le problème, pour Paul Steinhardt, c'est qu'à chaque « univers-bulle » correspondront des conditions initiales arbitraires, puisque les fluctuations ayant conduit à la formation de cet univers-bulle sont aléatoires. Il est alors impossible de prédire les propriétés de notre propre univers. C'est un cadre qui se prête à de nombreuses réflexions théoriques. Par exemple, Yasunori Nomura utilise cette idée d'inflation éternelle et de multivers pour dresser un parallèle avec l’interprétation de la mécanique quantique proposée par Hugh Everett en 1957 (voir l’article : page 26 à 34). La plupart des cosmologistes pensent que la question de l'inflation éternelle est probablement importante sur le plan conceptuel, mais que ses conséquences pratiques sont limitées. C'est peut-être une erreur, mais au quotidien, on n'utilise pas cette notion d'inflation éternelle lorsqu'on cherche à résoudre les problèmes de l'inflation dans notre univers.

Le problème du réchauffement, par exemple ?

Oui, mais pas seulement. J'ai récemment publié un article qui, je pense, sera important pour étudier des scénarios inflationnaires réalistes. Jusqu'à présent, nous nous sommes uniquement concentrés sur la forme du potentiel. Mais j'ai montré que nous avons omis une autre propriété importante. Dans une théorie à plusieurs champs scalaires, la dynamique de ces derniers est soumise à la géométrie de l'espace interne dans lequel vivent ces champs et ne dépend donc pas uniquement du potentiel. L’une des conséquences de ce nouveau facteur

est que l’inflation peut s'interrompre de façon prématurée. Pour chaque modèle donné, les limites de compatibilité des données observationnelles sont alors modifiées. On le voit, il y a encore beaucoup de chemin à faire pour comprendre vraiment l’inflation.

Existe-t-il des alternatives à l'idée d'inflation ?

Il y en a quelques-unes. Je n'en suis pas spécialiste, mais le consensus scientifique est qu'elles présentent toutes des problèmes plus importants que l’inflation. L’univers avec rebond, par exemple, décrit un univers qui se contracte puis repart en expansion. L’idée est séduisante dans la mesure où elle évite la singularité initiale du Big Bang. Selon Paul Steinhardt, ce modèle ne présente pas certains problèmes de conditions initiales de l’inflation. Mais aucune théorie physique ne permet à l'heure actuelle de réaliser de manière satisfaisante un tel rebond.

L’inflation cosmique reste aujourd'hui le scénario le plus satisfaisant sur les plans théorique et observationnel. Mais les physiciens adorent les surprises et guettent la nouvelle idée qui fera progresser notre compréhension du monde - même si elle doit détrôner l'inflation !

Propos recueillis par Sean Bailly

Présentation d’une expérience qui pourrait annuler mon hypothèse si…

Si… on considère qu’elle est exhaustive et si on considère qu’elle s’engage sur des préalables corrects d’interprétation de la mécanique quantique. Cet article date du 11/08, sur le site de phys.org, je vous en propose une traduction pour l’essentiel, ensuite un commentaire et puis finalement la version originale (sans la figure illustrative, malheureusement car impossible).

C’est une expérience relative à l’observation de franges d’interférences de particules de matière massives observables lorsqu’elles sont soumises à traverser des fentes du type appareil d’Young mais ici l’appareil (le masque) est modifié comprenant, une, deux, trois fentes à des niveaux distincts.  

« En mécanique quantique les particules peuvent se comporter comme des ondes (sic) et prendre plusieurs chemins dans une expérience. Cela requière simplement des combinaisons de paires de chemins, plutôt que trois ou plus, pour déterminer la probabilité pour une particule d’arriver quelque part. Les chercheurs de l’université de Vienne et Tel Aviv ont interrogé ce problème explicitement en utilisant les interférences d’ondes de molécules derrière une combinaison de simple, double, et triple fentes (dessinées sur un même support matériel à des niveaux distincts)

La mécanique quantique décrit comment la matière se comporte sur des échelles les plus petites du point de vue de la masse et de la longueur d’onde. Toutefois, l’absence de phénomènes quantiques dans notre vie quotidienne a provoqué une recherche des modifications minimales de la mécanique quantique, qui seraient seulement perceptibles pour les particules massives. Une piste est de rechercher l’ainsi nommé : plus haut ordre d’interférence. En mécanique quantique standard, le motif d’interférence résultant d’un nombre arbitraire de chemins ouverts non interagissant peut toujours être décrit par toutes les combinaisons des paires de chemins.

Tout autre motif restant serait dû à des ordres plus élevés d’interférences et serait indicateur éventuel d’une nouvelle physique.

Tandis que cette règle a été testé précédemment avec de la lumière et du rayonnement micro-onde, les chercheurs à l’université de Vienne et de Tel Aviv ont maintenant lancé pour la première fois une expérience dédiée avec des molécules massives. « L’idée est connue depuis plus de 20 ans. Mais c’est seulement maintenant que nous disposons des moyens technologiques pour réunir ensemble tous les composants et construire une expérience capable de réaliser le test avec des particules massives. »

Diffraction d’une onde de matière avec de fentes multiples.

Dans leurs expériences, les chercheurs de Vienne préparent des molécules organiques complexes en tant qu’ondes de matière (sic). Ce but est atteint en évaporant ces molécules à partir d’un point de diffusion de l’ordre du micron et ensuite laisser évoluer celles-ci librement pendant un instant. A la suite de cet instant chacune des molécules délocalisées, se répartissent dans différents endroits immédiatement. Ceci signifie que lorsque chaque molécule rencontre le masque contenant les multiples fentes, elle peut traverser plusieurs fentes en parallèle. En comparant avec précaution la position des molécules arrivant sur le détecteur après une combinaison de simple, double, triple, fentes, les chercheurs étaient capables d’attribuer des limites correspondantes à chacun des chemins multiples empruntés.

La nano-fabrication favorisant cette technologie… »

Commentaire : L’apriorisme du dualisme onde/particule est une interprétation qui conditionne complètement la conception et le traitement des résultats obtenus. En effet, il est abusif de considérer que « En mécanique quantique les particules peuvent se comporter comme des ondes (sic) », car l’apparaître comme une onde n’est pour nous qu’une interprétation pour expliquer le résultat final de l’expérience. En aucun cas on observe le caractère ondulatoire avant l’expérience d’observation qui permettrait de constater un comportement ondulatoire réel d’une particule. Ici on est dans un schéma explicatif qui considère que la situation est : onde et particule, cela est un abus, un parti pris, un apriori qui n’a toujours pas de justification. Quant à l’interprétation que je privilégie c’est celle de : onde ou particule… c’est selon, le type d’appareil d’observation que l’on utilise et les modalités de la réalisation de l’expérience. Ainsi, l’expérience indiqué ci-dessus laisserait voir des impacts ponctuels sur le détecteur dès que l’observateur aurait l’information (par des moyens appropriés couramment utilisés) à propos de par laquelle des fentes chaque particule de matière serait passée, c’est-à-dire que l’observateur dispose de l’information spatio-temporelle du chemin suivi (résultat historiquement bien connu et reproductible). On voit, là, que le processus de l’observation conditionne le résultat final de l’expérience.

Je serais très intéressé que cette expérience soit aussi effectuée avec le protocole de mon projet d’expérience tel que je l’ai décrit dans l’article du 06/08/ : ‘Appel d’Offres’ comprenant les trois catégories d’observateurs équipés d’un dispositif de détection d’images cérébrales. Les cas a) et b) sont très concrètement réalisables dans le cas de figure exposé par les chercheurs de Vienne et permettront de produire des conditions d’observations qui seront interprétables d’une façon nette.

Texte original :

« Massive particles test standard quantum theory 11 August 2017

Comparing the diffraction patterns behind a combination of precisely written slits allows testing quantum mechanics with complex molecules. Credit: Group for Quantum Nanophysics, Faculty of Physics, University of Vienna; Image-Design: Christian Knobloch

In quantum mechanics particles can behave as waves and take many paths through an experiment. It requires only combinations of pairs of paths, rather (plutôt) than three or more, to determine the probability for a particle to arrive somewhere. Researchers at the universities of Vienna and Tel Aviv have addressed this question for the first time explicitly using the wave interference of large molecules behind various combinations of single, double, and triple slits.

Quantum mechanics describes how matter behaves on the smallest mass and length scales. However, the absence of quantum phenomena in our daily lives has triggered a search for minimal modifications of quantum mechanics, which might only be noticeable for massive particles. One candidate is to search for so-called higher-order interference. In standard quantum mechanics, the interference pattern resulting from an arbitrary number of non-interacting open paths can always be described by all combinations of pairs of paths.

Any remaining pattern would be due to higher-order interference and be a possible indicator for new physics.

While this rule has been tested before with light and microwave radiation, researchers at the Universities of Vienna and Tel Aviv have now run for the first time a dedicated experiment with massive molecules. "The idea has been known for more than twenty years. But only now do we have the technological means to bring all the components together and build an experiment capable of testing it with massive molecules," says Christian Brand, one of the authors of the study.

Multi-slit matter wave diffraction

In their experiments at the University of Vienna, researchers of the Quantum Nanophysics Group headed by Markus Arndt prepared complex organic molecules as matter waves. This was achieved by evaporating them from a micron-sized spot in high vacuum and letting them evolve freely for some time. After a while, each molecule delocalized, spreading across many places at once. This means that when each molecule encounters a mask containing multiple slits, it can traverse many of the slits in parallel. By carefully comparing the position of molecules arriving at the detector behind a combination of single-, double- and triple slits they were able to place bounds on any multipath contribution.

Nanofabrication enabling technology

A crucial component of the experiment is the mask - an ultra-thin membrane into which arrays of single-, double- and triple-slits were fabricated. It was designed and fabricated by Yigal Lilach and Ori Cheshnovsky at Tel Aviv University. They had to engineer a diffraction mask, where the maximum deviation in the slit dimensions was not much larger than the size of the molecules it was diffracting. The mask was integrated in the Vienna laboratory.

and the researchers studied a broad range of molecular velocities in the same experimental run. For all of them, the scientists found the interference pattern to follow the expectations of standard quantum mechanics with an upper bound in the deviation of less than one particle in a hundred. "This is the first time an explicit test of this kind has been conducted with massive particles", says Joseph Cotter, the first author of this publication. "Previous tests have pushed the frontiers with single photons and microwaves. In our experiment, we put bounds on higher-order interference of massive objects."

The study is published in Science Advances.”