Plus d’un siècle après sa première apparition, les scientifiques ont terminé les devoirs d’Einstein sur la relativité restreinte en électromagnétisme.
Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont démontré que la contraction relativiste du champ électrique produit par des particules chargées en mouvement rapide, comme prédit par la théorie d’Einstein, pourrait aider à faire avancer la recherche en physique des particules et des rayonnements.
Il y a plus d’un siècle, l’un des physiciens modernes les plus célèbres, Albert Einstein, a proposé sa théorie révolutionnaire de la relativité restreinte. La plupart de tout ce que nous savons sur l’univers est basé sur cette théorie, mais certaines d’entre elles doivent encore être prouvées expérimentalement. premier cycle qui Université d’Osaka L’Institute of Laser Engineering a utilisé pour la première fois des mesures électro-optiques ultrarapides pour visualiser le champ électrique en contraction entourant un faisceau d’électrons se déplaçant à une vitesse proche de la lumière et pour démontrer le processus de génération.
Selon la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, il faut utiliser une “transformée de Lorentz” qui combine des coordonnées spatiales et temporelles pour décrire le mouvement d’un objet passant devant un observateur à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. Il a pu expliquer comment ces transformations produisent des équations de champs électriques et magnétiques auto-cohérents.
Bien que divers effets relativistes aient été prouvés à plusieurs reprises avec un très haut niveau d’expérimentation[{“attribut=””>précisionilresteencoredespartiesdelarelativitéquin’ontpasencoreétérévéléesdanslesexpériencesIroniquementl’und’euxestlacontractionduchampélectriquequiestreprésentéecommeunphénomènederelativitérestreintedansl’électromagnétisme[{”attribute=””>accuracytherearestillpartsofrelativitythathaveyettoberevealedinexperimentsIronicallyoneoftheseisthecontractionoftheelectricfieldwhichisrepresentedasaspecialrelativityphenomenoninelectromagnetism
Illustration du processus de formation de la contraction du champ électrique planaire qui accompagne la propagation d’un faisceau d’électrons proche de la vitesse de la lumière (représenté par une ellipse sur la figure). Crédit : Masato Ota, Makoto Nakajima
Maintenant, l’équipe de recherche de l’Université d’Osaka a démontré expérimentalement cet effet pour la première fois. Ils ont accompli cet exploit en mesurant le profil du champ de Coulomb dans l’espace et le temps autour d’un faisceau d’électrons de haute énergie généré par un accélérateur linéaire de particules. Grâce à un échantillonnage électro-optique ultra-rapide, ils ont pu enregistrer le champ électrique avec une résolution temporelle extrêmement élevée.
Il a été rapporté que les transformations de Lorentz du temps et de l’espace ainsi que celles de l’énergie et de la quantité de mouvement ont été démontrées respectivement par des expériences de dilatation du temps et des expériences d’énergie de masse au repos. Ici, l’équipe a examiné un effet relativiste similaire appelé contraction du champ électrique, qui correspond à la transformation de Lorentz des potentiels électromagnétiques.
« Nous avons visualisé la contraction d’un champ électrique autour d’un faisceau d’électrons se propageant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière », explique le professeur Makoto Nakajima, le chef du projet. De plus, l’équipe a observé le processus de contraction du champ électrique juste après le passage du faisceau d’électrons à travers une frontière métallique.
Lors du développement de la théorie de la relativité, on dit qu’Einstein a utilisé des expériences de pensée pour imaginer ce que ce serait de chevaucher une onde de lumière. “Il y a quelque chose de poétique à démontrer l’effet relativiste des champs électriques plus de 100 ans après qu’Einstein l’ait prédit”, déclare le professeur Nakajima. “Les champs électriques ont été un élément crucial dans la formation de la théorie de la relativité en premier lieu.”
Cette recherche, avec des observations correspondant étroitement aux prédictions d’Einstein sur la relativité restreinte dans l’électromagnétisme, peut servir de plate-forme pour les mesures de faisceaux de particules énergétiques et d’autres expériences en physique des hautes énergies.
Référence : “Visualisation ultra-rapide d’un champ électrique sous la transformation de Lorentz” par Masato Ota, Koichi Kan, Soichiro Komada, Youwei Wang, Truth C. Agulto, Valynn Katrine Mag-usara, Yasunobu Arikawa, Makoto R. Asakawa, Youichi Sakawa, Tatsunosuke Matsui et Makoto Nakajima, 20 octobre 2022, <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
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DOI : 10.1038/s41567-022-01767-w
L’étude a été financée par la Japan Society for the Promotion of Science et le NIFS Collaborative Research Program.
