Lors de la conférence Plus, la rédactrice en chef, Rachel Thomas, a rencontré les physiciens Simon Benjamin et Erik Gauger, tous deux de l'Université d'Oxford, qui ont été intrigués par les recherches menées sur les Robins européens par des biologistes à Francfort, en Allemagne. Les merles européens passent leurs étés en Scandinavie, mais évitez l'hiver froid en migrant vers l'Afrique du Nord à l'automne. Les biologistes pensent que le sens de la direction des oiseaux provient d'une boussole quantique interne dans l'œil de l'oiseau qui se compose de deux électrons et d'une propriété quantique appelée spin. En effet, chaque électron se comporte comme un minuscule barreau magnétique, qui peut pointer vers le haut ou vers le bas. (Pour une explication plus détaillée de la rotation des électrons, lisez ce blog divertissant de Chad Orzel, qui comprend une démonstration par son tout-petit!)
«Les deux électrons [dans la boussole de l'oiseau] sont corrélés l'un à l'autre, leurs spins pointant dans des directions différentes», explique Benjamin. "Ils sont excités lorsqu'un photon est absorbé dans l'œil de l'oiseau. Les deux électrons tournent puis se séparent l'un de l'autre. La façon dont ils se comportent ensuite, qu'ils restent corrélés comme ils l'étaient à l'origine ou que les corrélations changent, dépend du magnétisme terrestre champ." Ainsi capables de détecter le champ magnétique terrestre, les oiseaux savent dans quelle direction voler.
Les biologistes connaissent ce modèle théorique du système de navigation des oiseaux, appelé modèle du couple radical, depuis une trentaine d'années. C'est de la mécanique quantique, puisque le spin est un concept de mécanique quantique, mais pas suffisamment pour intéresser les physiciens quantiques purs et durs comme Benjamin et Gauger. Ce qui a attiré leur intérêt, ce sont les recherches récentes de Roswitha et Wolfgang Wiltschko, de l'Université Goethe, sur la facilité avec laquelle la boussole quantique des oiseaux pourrait être perturbée.
Pour tester la boussole à oiseaux, les chercheurs avaient kidnappé des oiseaux en route pour l'Afrique du Nord et les avaient soumis à un faible champ électromagnétique oscillatoire, c'est-à-dire un champ dont la force tremblait en arrière et en avant environ un million de fois par seconde. «C'est un champ oscillatoire incroyablement faible», explique Benjamin. "Non seulement cela ne pourrait pas nuire aux oiseaux, mais ce serait étonnant si les oiseaux pouvaient même dire qu'il y avait cette [oscillation]."
Étonnamment, cependant, ce signal faible a suffi à perturber le sens de l'orientation des oiseaux. "Les chercheurs ont découvert qu'à une vitesse d'oscillation particulière - 1,3 MHz - les oiseaux n'étaient plus capables de s'orienter", explique Benjamin. "La direction dans laquelle ils voulaient aller est devenue aléatoire, ne pointant plus vers l'Afrique."
Intrigués par le fait qu'une si petite perturbation devrait avoir un effet sur les oiseaux, Benjamin et Gauger ont examiné les mathématiques décrivant ce qui se passe dans la boussole quantique des oiseaux. Ils étaient particulièrement intéressés de voir combien de temps il faudrait pour que l'effet du champ se déclenche, car la physique de base suggère que la détection de signaux aussi faibles que cela prend un certain temps. «Il doit y avoir du temps pour que ce petit effet se développe et fasse une différence pour l'oiseau», dit Benjamin. En utilisant leurs équations, Benjamin et Gauger ont calculé qu'il faudrait au moins 120 microsecondes pour que la boussole des oiseaux soit bloquée par le champ. C'est très rapide, certainement une période comme celle-là ne peut pas être détectée par les humains, mais en termes de processus quantiques, c'est plutôt lent.
Et c'est là que les ordinateurs quantiques entrent en jeu. Comme son nom l'indique, les ordinateurs quantiques fonctionnent à l'aide de processus quantiques. Personne n'a encore été en mesure de construire un ordinateur quantique fonctionnel, mais une fois que nous le ferons, ces machines seront bien plus rapides et plus puissantes que les ordinateurs ordinaires.
Les électrons et leurs spins forment les composants de base des ordinateurs quantiques. «Dans [l'informatique quantique], vous vous souciez de la direction dans laquelle les spins des électrons pointent et de leur corrélation les uns avec les autres», explique Benjamin. "Mais pour faire fonctionner un ordinateur quantique, vous devez isoler ces spins d'électrons, les minuscules aimants, du reste du monde. Pour cette raison, les gens ont essayé de trouver des molécules qui peuvent protéger les spins d'électrons, pour les isoler. du reste du monde. "
Une molécule C60 dopée à l'azote - un atome d'azote piégé dans une cage de carbone. Image Groupe Quantum Spin Dynamics à l'Université d'Oxford.
Ce que Benjamin et Gauger ont réalisé, c'est qu'il en va de même pour les oiseaux. Pour que la boussole d'oiseau fonctionne, les interférences du monde extérieur doivent être réduites à un niveau très bas. «Sinon, cela gâcherait un processus de détection aussi durable», dit Benjamin. Puisqu'il faut au moins 120 microsecondes à l'oiseau pour détecter le champ oscillatoire, il doit être capable d'isoler sa boussole quantique du monde extérieur pendant au moins cette durée, peut-être plus. C'est comparé au record de 80 microsecondes qui a été atteint jusqu'à présent dans le laboratoire. «Il semble que la façon dont l'oiseau protège la paire de deux minuscules aimants est meilleure que ce que nous pouvons faire de mieux», déclare Benjamin.
De plus, la molécule exotique utilisée pour isoler les systèmes quantiques dans le laboratoire - un atome d'azote piégé dans une cage de carbone, appelée N @ C60 - est incroyablement difficile à fabriquer (et coûte environ 7 millions de livres sterling le gramme). Les oiseaux n'ont certainement pas accès à ce matériel, donc la question est de savoir comment ils parviennent à leur isolation et si nous pouvons copier leur méthode pour construire des ordinateurs quantiques. «C'est une série de si», dit Benjamin. «Diverses choses pourraient être erronées. Les résultats expérimentaux pourraient être faux, ou notre idée de base du [comment fonctionne la boussole quantique] pourrait être fausse. Mais si tous les ingrédients sont corrects et qu'il y a vraiment cette extraordinaire protection des informations quantiques chez les oiseaux. , alors il est concevable que nous puissions déterminer de quel produit chimique il s'agit et nous pourrions apprendre une chose ou deux. "
Informations complémentaires
Vous pouvez écouter le podcast de notre entretien avec Simon et Erik, ainsi que notre podcast de la conférence sur la physique quantique et la nature de la réalité. Vous pouvez également en apprendre davantage sur la mécanique quantique grâce à Simon dans Caging Schrödinger's Cat, sa série de podcasts audio et vidéo sur les nanotechnologies quantiques.
Mise à jour janvier 2011 - Un article sur cette recherche par Gauger, Benjamin et leurs collègues vient de paraître dans Physical Review Letters. Leur recherche a également été récemment présentée dans New Scientist.
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commentaires
Est-ce seulement chez les merles?
Permalien Soumis par Celui qui ne sait pas ... le 27 août 2016
Que se passe-t-il si vous élève un merle dans un autre endroit où la température est uniformément confortable toute l'année? Veut-il encore s'envoler vers l'Afrique pendant un hiver européen?
Est-ce la même méthode utilisée par tous les oiseaux et animaux migrateurs?
Tout le monde sait que les pigeons portaient de petits messages pour les anciens rois. Beaucoup supposent que le même pigeon pourrait être utilisé entre deux endroits. Ils ne peuvent pas.
Les propriétés extractives magnétiques uniques à l'endroit où il a été éclos et élevé pendant environ un an sont incorporées dans le corps d'un pigeon. Ensuite, il faut transporter dans sa cage pour dire, un front de guerre.
Une capsule de message fixée à ses pieds ne sera délivrée par ce pigeon qu'à son lieu de naissance.
C'est comme s'il développait une laisse élastique invisible ancrée à la première place.
Les humains ont un désir similaire de mourir sur le lieu de leur naissance.
Je pense qu'avec les humains, c'est plus complexe. Si vous avez de bons souvenirs de nombreuses années passées dans un endroit, alors cela devient l'ancre de vos élastiques.
