Les trous de ver sont des éléments de base de la science-fiction qui permettent aux voyageurs de traverser des galaxies sans s'inquiéter de voyages de 1 000 ans ou d'obstacles cosmiques. Prévus par la relativité générale, de tels objets ne sont encore que théoriques, à moins que vous ne soyez un aimant.
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Un trio de scientifiques de l'Université autonome de Barcelone a mis au point un appareil qui fonctionne comme une sorte de trou de ver pour les champs magnétiques. Si le dispositif est placé dans un champ magnétique appliqué, il est indétectable magnétiquement. Et si un autre champ magnétique traverse le trou de ver, il semble laisser tout l’espace, n’apparaissant qu’à ses extrémités.
Ce trou de ver magnétique ne téléportera rien vers un autre système stellaire, mais il pourrait permettre de construire des machines d'imagerie par résonance magnétique (IRM) qui ne nécessitent pas de mettre les patients dans un tube claustrophobe.
Selon la théorie, un trou de ver plisse la structure de l'espace-temps de telle sorte que deux lieux distants soient connectés et que le tunnel ne prenne pas de temps. Les trous de ver ne sont pas absolument interdits par la physique, comme le montrent certaines solutions des équations de relativité d'Einstein, mais les physiciens s'interrogent sur le point de savoir s'ils sont possibles dans notre univers. Dans le même temps, des études antérieures ont montré qu’il serait possible de construire dans le laboratoire un trou de ver simplifié qui permettrait aux ondes électromagnétiques de traverser un tunnel invisible.
Pour créer leur modèle de trou de ver, le professeur de physique Alvaro Sanchez et son équipe ont commencé avec une sphère de 3, 2 pouces de cuivre, d'yttrium, d'oxygène et de carbone, un alliage courant pour les supraconducteurs commerciaux. Ils l'entouraient d'une couche de plastique et la recouvraient d'une autre couche mince de matériau ferromagnétique.
"Nous l'avons entouré d'une" métasurface "soigneusement conçue pour annuler le champ", explique Sanchez.
La sphère en couches avait un trou dedans, et à travers cela, les chercheurs ont mis un tube en métal enroulé qui était aussi magnétisé - en réalité, un aimant dipôle maigre. L’équipe a activé un champ magnétique et mis l’ensemble de l’appareil à l’intérieur, en utilisant de l’azote liquide pour refroidir la sphère et maintenir la supraconductivité de l’alliage métallique.
D'ordinaire, les lignes de champ magnétique entourant un supraconducteur aimanté vont se plier et se déformer, ce qui n'est pas sans rappeler la distorsion de l'espace-temps provoquée par une gravité intense. Cela n'est pas arrivé Au lieu de cela, le champ magnétique environnant est simplement passé juste à côté de la sphère, comme s'il n'y avait rien.
Une illustration du trou de ver magnétique et de sa section transversale montrant les couches à l'intérieur. (Jordi Prat-Camps et Universitat Autònoma de Barcelona) La dernière étape consistait à tester le vortex. Le cylindre aimanté a montré deux pôles jusqu'à ce qu'il soit envoyé dans la sphère. Alors qu'il se déplaçait à travers l'appareil, le champ du cylindre sembla faire un clin d'œil, se montrant seulement à la bouche du trou de ver. Alors que le cylindre ne se déplaçait pas plus vite que la lumière, il se déplaçait sans être perturbé et invisible entre deux régions de l'espace, évoquant l'image d'un trou de ver classique.
Et comme le cylindre émergeait de l’autre bout de la sphère, on ne voyait que le pôle qui dépassait, créant l’illusion d’un monopôle magnétique - quelque chose qui n’existe pas vraiment dans la nature.
Matti Lassas, mathématicien à l'université d'Helsinki qui a étudié les capes magnétiques, affirme que même si ce monopole est une illusion, il pourrait tout de même donner un aperçu de la façon dont les monopoles théoriques pourraient se comporter. "C'est une façon de tromper les équations", dit-il.
D'un point de vue pratique, la démonstration montre qu'il est possible de protéger les champs magnétiques de manière à ce qu'ils ne se gênent pas, explique Sanchez. C’est là que l’application aux machines IRM entre en jeu.
Le corps humain est principalement constitué d’eau, qui contient des atomes d’hydrogène constitués de particules plus petites appelées protons qui tournent chacune sur un axe. Normalement, ces spins sont alignés de manière aléatoire. Une IRM fonctionne en générant un fort champ magnétique qui aligne les protons comme une limaille de fer. La machine émet alors des impulsions d’ondes radio sur la zone à imager, ce qui désaligne les protons. Lorsqu'ils retournent pour s'aligner de nouveau sur le champ magnétique, les protons émettent des ondes radio et les tissus du corps "brillent" dans ces longueurs d'onde.
Pour diriger un champ magnétique puissant sur le corps, les appareils d'IRM actuels impliquent de placer le patient dans une bobine magnétique géante refroidie à des températures cryogéniques. Ces appareils sont essentiellement des tubes ressemblant à des cercueils, que beaucoup de patients trouvent étroits et angoissants. Étendre la sphère en une forme de fil pourrait permettre de diriger un champ puissant et ininterrompu vers n’importe quelle partie du corps que vous voulez sans recouvrir le patient, dit Sanchez.
De plus, l'effet de blindage pourrait permettre aux ingénieurs de construire une IRM qui utilise plusieurs capteurs, utilisant différentes fréquences radio et examinant simultanément différentes parties du corps, sans interférence. Les différentes fréquences pourraient être utilisées pour mieux représenter les parties du corps qui sont plus difficiles à voir lorsque le patient est couché sur le ventre, les bras sur les côtés.
Être capable de protéger les champs magnétiques, en particulier si on peut le faire dans de petites zones, pourrait également aider à l'imagerie lors des chirurgies, dit Lassas. Il note que, généralement, vous devez retirer tout métal présent dans les environs d'une IRM. Il y a eu des cas de blessures dues à des objets métalliques non sécurisés qui ont volé à travers la pièce. Plus que cela, le métal interfère avec l'imagerie.
"Vous apportez quelque chose de petit, et cela gâche l'image", dit-il. "Alors maintenant que si vous avez ce trou de ver magnétique, vous avez un tube et vous pouvez passer des choses sans perturber l'image. Peut-être que quelqu'un pourrait obtenir une image et faire une opération chirurgicale en même temps."
Toutefois, ces applications sont loin d’être envisageables et certains experts dans le domaine sont encore sceptiques quant à l’utilité du dispositif pour la modélisation théorique. "Ils ne donnent pas beaucoup de détails sur leur conception [d'appareil], alors je suis un peu hésitant à souscrire à leurs conclusions", a déclaré Sir John Pendry, professeur de physique à l'Imperial College de Londres et codirecteur du Center for Plasmonics & Métamatériaux
"Cela dit, il est vrai qu’en manipulant la permittivité et la perméabilité, on peut simuler d’extraordinaires distorsions topologiques de l’espace, du moins en ce qui concerne les champs électromagnétiques."
