Il y a un moment dans un film ou un dessin animé mettant en scène un scientifique fou quand ils actionnent un interrupteur ou mélangent deux produits chimiques et se mélangent, leur laboratoire explose et la fumée s'échappe par les fenêtres et les portes. En réalité, du moins à l'ère moderne, les explosions de laboratoire sont découragées. Mais une récente expérience d'électromagnétisme à Tokyo a produit le champ magnétique contrôlé le plus puissant jamais créé, rapporte Samuel K. Moore à IEEE Spectrum, suffisamment puissant pour faire exploser les portes du laboratoire.
Le big bang s'est produit lorsque des chercheurs de l'Université de Tokyo ont injecté 3, 2 mégajoules d'électricité dans une bobine spécialement conçue pour produire un champ magnétique énorme. Alors que les chercheurs espéraient que le champ atteindrait 700 teslas, l’unité utilisée pour mesurer la densité de flux magnétique ou, de manière informelle, l’intensité du champ magnétique. Au lieu de cela, le champ a atteint 1 200 teslas. C'est environ 400 fois plus puissant que le plus puissant appareil d'IRM, qui produit trois teslas. L’explosion qui s’ensuivit a plié l’armoire en fer dans laquelle l’appareil était enfermé et a ouvert les portes en métal.
«J'ai conçu le boîtier en fer pour résister à environ 700 tonnes», explique le physicien Shojiro Takeyama, auteur principal de l'étude dans la revue Review of Scientific Instruments, à Moore. «Je ne m'attendais pas à ce que ce soit si élevé. La prochaine fois, je le rendrai plus fort.
Heureusement, les chercheurs eux-mêmes ont été rangés dans une salle de contrôle, à l'abri de l'explosion.
Alors, qu'est-ce que Takeyama et ses collègues faisaient en laissant tomber des boum magnétiques énormes au milieu de Tokyo? Rafi Letzer de LiveScience explique que les scientifiques étudient des champs magnétiques contrôlés de plus en plus grands depuis plusieurs décennies. Takeyama tente de dépasser le niveau de 1 000 teslas depuis 20 ans, atteignant l'objectif avec ce nouvel appareil.
En substance, l'électroaimant est une série de tubes constitués d'une bobine dans laquelle se trouve une bobine interne en cuivre. Lorsque des quantités massives d'électricité traversent les bobines, la bobine interne s'effondre à un taux de Mach 15, ce qui correspond à plus de 3 miles par seconde. Le champ magnétique dans la bobine compresse de plus en plus serré jusqu'à atteindre des niveaux incroyablement élevés. Puis, en une fraction de seconde, tout s’effondre, ce qui entraîne l’explosion. Avec un peu plus d'ingénierie et des portes plus solides, l'équipe pense pouvoir porter son appareil à 1 800 teslas.
Ce n'était pas le plus grand champ magnétique jamais créé par l'homme. Certains champs extrêmement puissants sont produits par les lasers, mais ils sont si petits et de courte durée qu’ils sont difficiles à étudier ou à utiliser. Takeyama a raconté à Letzer que, dans le passé, des chercheurs américains et russes ont effectué des tests en extérieur à grande échelle en utilisant des explosifs puissants, enroulés autour de bobines magnétiques, produisant des champs atteignant 2 800 teslas. Mais ceux-ci aussi sont imparfaits.
"Ils ne peuvent pas faire ces expériences dans des laboratoires intérieurs, alors ils font généralement tout à l'extérieur, comme la Sibérie dans un champ ou quelque part dans un endroit très vaste à Los Alamos [Nouveau-Mexique]", explique-t-il. "Et ils essaient de faire une mesure scientifique, mais à cause de ces conditions, il est très difficile de faire des mesures précises."
Cependant, l'outil de l'équipe peut être utilisé dans un laboratoire contrôlé et produit un champ relativement grand, un peu moins qu'un nanomètre, qui est assez grand pour faire de la vraie science. Selon un communiqué de presse, l'objectif est de produire un champ magnétique contrôlé pouvant être utilisé par les physiciens. L'espoir est que le champ puisse être suffisamment contrôlé pour que les matériaux puissent être placés à l'intérieur du champ minuscule afin que les chercheurs puissent amener les électrons à leur «limite quantique», dans laquelle les particules sont toutes dans leur état fondamental, révélant ainsi des propriétés qu'ils n'ont pas encore trouvées. découvrir. Dans ce cas, plus c'est gros, mieux c'est.
«En général, plus le champ est élevé, plus la résolution de la mesure est élevée», explique Takeyama à Moore de l'IEEE.
L’autre application possible, une fois que les explosions ont été éliminées du système, est l’utilisation dans les réacteurs à fusion, un type de dispositif producteur d’énergie dans lequel le plasma est maintenu stable en utilisant un fort champ magnétique à la fusion de l’hydrogène, créant ainsi une réaction similaire à celle du plasma. celle du soleil et produisant une énergie propre presque illimitée. Selon le communiqué, les chercheurs pensent qu'ils doivent pouvoir contrôler un champ magnétique de 1 000 teslas pour produire une fusion nucléaire soutenue.
