Il y a un moment dans n’importe quel film ou dessin animé mettant en scène un savant fou lorsqu’il appuie sur un interrupteur ou mélange deux produits chimiques et boum, son laboratoire explose et de la fumée sort par les fenêtres et les portes. En réalité, du moins à l’ère moderne, les explosions de laboratoire sont déconseillées. 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, assez puissant pour faire sauter les portes du laboratoire.
Le big bang s’est produit lorsque des chercheurs de l’Université de Tokyo ont pompé 3,2 mégajoules d’électricité dans une bobine spécialement conçue pour produire un champ magnétique massif. Alors que les chercheurs espéraient que le champ atteigne 700 teslas, l’unité utilisée pour mesurer la densité du 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 fort que la machine IRM la plus puissante, qui produit trois teslas. L’explosion qui en a résulté a déformé l’armoire en fer dans laquelle était enfermé l’appareil et a fait sauter les portes métalliques.
« J’ai conçu l’armoire en fer pour résister contre environ 700 T », explique à Moore le physicien Shojiro Takeyama, auteur principal de l’étude parue dans la revue Review of Scientific Instruments. « Je ne m’attendais pas à ce qu’elle soit si élevée. La prochaine fois, je le rendrai plus fort. »
Par chance, les chercheurs eux-mêmes étaient retranchés dans une salle de contrôle, protégés de l’explosion.
Alors, que faisaient Takeyama et ses collègues à déclencher d’énormes boums magnétiques en plein Tokyo ? Rafi Letzer de LiveScience explique que les scientifiques cherchent depuis plusieurs décennies à créer des champs magnétiques contrôlés de plus en plus grands. Takeyama a essayé de battre le niveau de 1 000 teslas au cours des 20 dernières années, atteignant l’objectif avec ce nouveau dispositif.
Par essence, l’électroaimant est une série de tubes composés d’une bobine avec une bobine intérieure en cuivre à l’intérieur. Lorsque des quantités massives d’électricité passent dans les bobines, la bobine intérieure s’effondre sur elle-même à une vitesse de Mach 15, soit plus de 3 miles par seconde. Le champ magnétique dans la bobine se comprime de plus en plus jusqu’à atteindre des niveaux incroyablement élevés. Puis, en une fraction de seconde, l’ensemble s’effondre, provoquant l’explosion. Avec un peu plus d’ingénierie et des portes plus solides, l’équipe pense pouvoir pousser son dispositif à 1 800 teslas.
Ce n’était pas le plus grand champ magnétique jamais généré par l’homme. Certains champs super-forts sont produits par des lasers, mais ils sont si petits et de courte durée qu’ils sont difficiles à étudier ou à utiliser. M. Takeyama explique à M. Letzer qu’historiquement, des chercheurs américains et russes ont effectué des tests à grande échelle en plein air en utilisant des explosifs puissants emballés autour de bobines magnétiques, produisant des champs allant jusqu’à 2 800 teslas. Mais ceux-ci, aussi, sont imparfaits.
« Ils ne peuvent pas mener ces expériences dans des laboratoires intérieurs, donc ils mènent généralement tout en plein air, comme en Sibérie dans un champ ou quelque part dans un endroit très large à Los Alamos , » dit-il. « Et ils essaient de faire une mesure scientifique, mais à cause de ces conditions, il est très difficile de faire des mesures précises. »
L’outil de l’équipe, cependant, peut être utilisé dans un cadre de laboratoire contrôlé et produit un champ relativement grand, un peu moins d’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 qui pourrait être utilisé par les physiciens. L’espoir est que le champ puisse être contrôlé suffisamment bien pour que les matériaux puissent être placés à l’intérieur du minuscule champ afin que les chercheurs puissent amener les électrons à leur « limite quantique », dans laquelle les particules sont toutes dans leur état fondamental, révélant des propriétés que les chercheurs doivent encore découvrir. Dans ce cas, plus c’est gros, mieux c’est.
« En général, plus le champ est élevé, plus la résolution de la mesure s’améliore », explique Takeyama à Moore à l’IEEE.
L’autre application possible – une fois qu’ils ont travaillé les explosions du système – est l’utilisation dans les réacteurs à fusion, un type de dispositif de production d’énergie dans lequel le plasma est maintenu stable à l’aide d’un champ magnétique puissant alors que son hydrogène fusionne, créant une réaction similaire à celle du soleil et produisant une énergie propre presque illimitée. Selon le communiqué, les chercheurs pensent qu’ils doivent être capables de contrôler un champ magnétique de 1 000 teslas pour produire une fusion nucléaire soutenue.