vendredi 22 juillet 2016

L’œil humain : un organe capable de détecter un seul photon!


L’œil humain est un organe stupéfiant. Une expérience effectuée dans un laboratoire de biophysique par des chercheurs américains et autrichiens vient de montrer que notre œil est capable de détecter un seul photon.

Cela fait plusieurs décennies que les biologistes et les physiciens cherchent quelle est la limite de la quantité de lumière que nous pouvons percevoir. Des expériences antérieures effectuées sur des cellules de rétine de grenouilles avaient montré que les cellules qu’on appelle les bâtonnets réagissent à l’impact d’un seul photon. Mais jusqu’à aujourd’hui, on ne pouvait pas dire si le signal électrique produit par une cellule de type bâtonnet pouvait, après transmission vers le cerveau, induire un véritable signal à même d’être reconnu en tant que tel par le sujet.

Rappelons que les bâtonnets se trouvent à l’extérieur de la partie centrale de la rétine et sont surtout responsables de notre vision périphérique. Nous en possédons environ 120 millions. Très sensibles à la lumière, ils nous permettent ainsi la vision nocturne. En revanche, en présence d’une forte lumière, les bâtonnets deviennent complètement "aveugles". Et les bâtonnets ne décomposent pas la lumière en couleurs (la nuit, tous les chats sont gris...).
Ce sont les autres cellules de la rétine, les cônes, dont le nombre varie entre 6 et 7 millions, qui assurent à l’œil humain la vision des couleurs et une bonne acuité visuelle. Ils sont concentrés au centre de la rétine (la macula).

Pour faire ces tests à l’échelle réelle sur des volontaires, les chercheurs devaient  également pouvoir disposer d’une installation permettant de produire à volonté de la lumière quantifiée, photon par photon, et donc disposer de la technologie d’optique quantique du dernier cri. Dès les années 1940, des expériences avaient montré que l’œil humain pouvait être sensible à quelques photons (environ 5 à 7). En 2015, une équipe américaine avait réussi à montrer, sans toutefois publier ses résultats, que l’œil pouvait percevoir une quantité de lumière aussi faible que 3 photons. Aujourd’hui, Alipasha Vaziri (Université Rockfeller, New York), et ses collaborateurs vont plus loin en montrant que nous pouvons déceler l’impact d’un seul photon. Ils publient leur étude cette semaine dans la revue Nature Communications.

Armés de leur générateur de lumière quantique pouvant produire un seul photon à la demande, les chercheurs ont utilisé trois cobayes humains volontaires qu’ils ont placés dans le noir absolu durant 40 minutes. Chaque volontaire a ensuite été mis en face du système optique et devait appuyer sur un bouton qui produisait deux sons espacés d’une seconde. Un photon était envoyé, ou non, dans son œil simultanément au son produit. Le volontaire devait alors dire si il pensait avoir « vu » quelque chose, en donnant une note de 1 à 3 sur son niveau de confiance.

Beaucoup de photons n’ont pas été détectés, ce qui se comprend du fait que près de 90% des photons qui entrent dans notre œil n’atteignent jamais notre rétine et nos bâtonnets, car absorbés ou réfléchis par d’autres parties de l’œil. Mais le taux de bonnes réponses est apparu significativement plus important que si les réponses l’avaient été au hasard… et le niveau de confiance donné était plus élevé quand la réponse était correcte.

Bâtonnet (à gauche) et cône (à droite)
L’expérience montre une évidence de la détection d’un photon unique avec une grande robustesse grâce à la statistique importante obtenue : plus de 2400 tests effectués sur les trois volontaires. Les chercheurs ont par ailleurs découvert que la probabilité de détecter un photon dépend de la présence antérieure d’un autre photon, ce qui laisse penser à l’existence d’un processus qui augmente temporairement la « sensibilité » de l’œil sur une échelle de quelques secondes suite à la détection d’un photon.
L’œil humain apparaît ainsi être un détecteur de lumière ultra-efficace, il faut songer que l’énergie apportée par un unique photon est ici de seulement 4 10-19 joules (soit 2,5 électronvolts). L’auteur principal de l’étude a testé sur lui-même son expérience et raconte : « Le plus surprenant, c’est que lorsqu’un photon est perçu, ce n’est pas comme si on « voyait » de la lumière, on ne voit pas un flash, mais c’est plutôt comme un sentiment, comme une sensation, à la limite de l’imagination…».

Alipasha Vaziri voudrait maintenant tester comment le système visuel humain répond à des photons qui se trouvent dans des états quantiques différents, comme par exemple ceux qui se trouvent dans une superposition d’états. De tels états quantiques peuvent-ils être perçus par notre cerveau ? L’être humain pourrait servir dans ce cas de détecteur dans des expériences de physique quantique explorant la non-localité… Sur le plan biologique, l’utilisation de sources de photons uniques pourra permettre d’explorer plus directement les processus physiologiques de la rétine.


Source :

Direct detection of a single photon by humans
Jonathan N. Tinsley et al.
Nature Communications 7, 12172 (19 july 2016)

jeudi 21 juillet 2016

Derniers résultats de LUX dans la recherche de la matière noire : négatifs


Les derniers résultats de la collaboration LUX qui cherche à détecter la matière noire de façon directe (sous forme de particules massives interagissant faiblement, des WIMPs) dans le laboratoire souterrain de Sanford aux Etats-Unis, viennent d’être rendus publics lors de la conférence scientifique IDM2016. Le record de sensibilité pour de telles expériences est explosé, mais aucune WIMP n’est détectée.




mercredi 20 juillet 2016

Des molécules organiques complexes synthétisées par les rayons cosmiques



Des astrochimistes américains viennent de démontrer que la formation de molécules organiques complexes, qui sont liées aux molécules du vivant, peut être produite par l’effet du rayonnement cosmique dans des glaces du milieu interstellaire, à très basse température.




mardi 19 juillet 2016

Pluie d'étoiles filantes des Perséides 2016 : à observer du 11 au 13 août


Quoi de mieux qu'une belle nuit d'été pour contempler le ciel ? Comme tous les ans au mois d'août, l'astronomie se rend proche de tous grâce à l'apparition de la pluie d'étoiles filantes des Perséides, qui ne demande aucun autre instrument que des yeux pour les admirer.
Celle de cette année sera légèrement moins favorable que les Perséides de 2015, à cause de la présence de la Lune et sa lumière dans la première partie de la nuit, mais elle pourrait tout de même nous réserver de très belles surprises, la quantité de météores étant toujours assez difficile à prévoir...




dimanche 17 juillet 2016

Plus d'1 million de galaxies cartographiées en 3 dimensions pour étudier l'énergie sombre


La plus grande cartographie en trois dimensions des galaxies distantes vient d'être rendue publique par la collaboration du programme Sloan Digital Sky Survey III (SDSS III) qui regroupe plusieurs centaines d'astronomes européens, américains et asiatiques. Cette cartographie inédite permet aux astrophysiciens de mesurer avec une précision encore jamais atteinte les effets de la mystérieuse énergie sombre...




mercredi 13 juillet 2016

Première observation de l'effet de vortex gravitationnel autour d'un trou noir


La première détection d’un effet gravitationnel relativiste prédit depuis des décennies (l’effet Lense-Thirring) agissant autour d’un trou noir vient d’être publiée. L’effet a été mis en évidence par l’observation d’oscillations quasi périodiques des émissions de rayons X provenant du disque d’accrétion d’un trou noir stellaire.



lundi 11 juillet 2016

Extraterrestres : le paradoxe de Fermi n'aurait rien de paradoxal


« Notre galaxie doit pulluler de civilisations, alors où sont-elles ? ». C’est en ces termes que le grand physicien Enrico Fermi (prix Nobel 1938) a énoncé en 1950 ce qui restera comme le « paradoxe de Fermi », disant que nous aurions déjà dû avoir la visite ou au moins le contact de civilisations extraterrestres d'après leur nombre calculé.
Maintenant que nous en savons un peu plus sur les chiffres que l’on peut utiliser pour essayer de quantifier le nombre de civilisations intelligentes dans notre Galaxie, il est intéressant de voir si le paradoxe de Fermi est véritablement un paradoxe. Une telle analyse statistique des éléments de base du « paradoxe de Fermi » a été menée dans ce but par une petite équipe de l’Université de Cornell aux Etats-Unis et a été présentée en juin dernier lors de la réunion bi-annuelle de l’American Astronomical Society. Elle montre que le paradoxe n’a rien de paradoxal…




samedi 9 juillet 2016

Le chant d'outre-tombe du télescope Hitomi



Vous vous souvenez certainement de la défaillance en avril dernier du télescope spatial japonais Hitomi dans lequel la communauté scientifique mettait de grands espoirs. Et bien, avant sa perte définitive, Hitomi a quand même eu le temps de produire, durant trois petites semaines, des données d’observation qui se révèlent excellentes et très riches d'enseignements.




jeudi 7 juillet 2016

CR7 : la preuve d'un trou noir d'un nouveau genre


Si je vous dis CR7, vous penserez sans doute à ce joueur star qui n'a pour seul horizon que les filets d'une cage de foot, mais CR7, c'est aussi (et surtout!) un objet astrophysique hors du commun, peut-être le premier spécimen de trou noir supermassif d'une nouvelle espèce.



mercredi 6 juillet 2016

Les satellites de Mars : résultat d'un impact géant sur la planète rouge


Deux études indépendantes viennent de montrer que l'origine des deux satellites de Mars, Phobos et Deimos, est très probablement une collision majeure entre Mars et une plus petite planète.



mardi 5 juillet 2016

La masse des neutrinos cernée par l'étude des galaxies

A l'heure où la physique des neutrinos est discutée par ses plus grands spécialistes au sein de la grande réunion Neutrino2016 qui se déroule à Londres cette semaine, une équipe d'astrophysiciens publie une étude fournissant une nouvelle estimation de la borne supérieure pour la masse des neutrinos, et ce à partir d'observations de galaxies.



vendredi 1 juillet 2016

La science faite par JUNO

Dans maintenant 3 jours, la sonde JUNO va arriver en orbite autour de Jupiter. Elle y restera durant un peu moins de deux ans pour étudier la planète géante sous divers aspects, de son atmosphère à ces champs magnétiques en passant par ses couches internes...

jeudi 30 juin 2016

Cérès davantage dévoilée par la sonde Dawn


Alors que la sonde Dawn, en orbite de la planète naine Cérès, s'apprête à la quitter pour explorer un autre corps de la ceinture d'astéroïdes, située entre Mars et Jupiter, deux études viennent de paraître à partir de ses données et permettent de comprendre ce qui se passe sur Cérès.




mardi 28 juin 2016

Des millions de trous noirs quasi indétectables dans notre Galaxie


Il va falloir s'y faire, notre galaxie est probablement pleine de trous noirs... C'est ce que conclut une équipe de chercheurs qui vient de trouver un spécimen de trou noir représentant une nouvelle population: des trous noirs presque indétectables.



dimanche 26 juin 2016

JUNO, tour d'horizon

Dans 8 jours, la sonde JUNO entrera en orbite de Jupiter. Je vous invite à un petit tour d'horizon de cette jolie sonde qui va étudier l'intérieur de Jupiter durant 2 ans, grâce au fameux logiciel de la NASA Eyes...