loi de Newton sous le millimètre

[inviteca4b3353]

Bonjour à tous,

Quelqu'un connaitrait par hasard les résultats les plus récents des tests de la loi de Newton à courtes distances r<mm ?
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[invite786a6ab6]

Je n'ai pas entendu parler du moindre changement de cette loi. Ils en sont vers le 1/10 mm et les mesures devraient bientôt être faite (si ce n'est déjà fait) à la température de l'helium liquide. Le jour où il y aura quelque que chose de sûr, on en entendra parler avec grand bruit car ça serait sans doute la signature de dimentions cachées de l'espace.

[inviteaa85155c]

Il s'agit de quelle loi ? Gravitation universelle ?
Le test consiste en quoi ?

[invite786a6ab6]

Il s'agit de quelle loi ? Gravitation universelle ?
Le test consiste en quoi ?

Oui, c'est la loi de la Gravitation universelle en 1/r². Certains pensent que pour r très petit on s'écarte de cette loi. Une des méthodes utilisée est de mesurer l'influence d'une petite masse que l'on approche très près d'une lame vibrante. L'interaction gravitationnelle entre ces deux objets va modifier la fréquence de la lame. Même si la fréquence est l'une des grandeurs que l'on mesure avec le plus de précision, on imagine la difficulté technologique de cette mesure !

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteca4b3353]

Ils en sont vers le 1/10 mm et les mesures devraient bientôt être faite

donc ca n'a pas évolué depuis 2006 qui est la date la plus récente que j'ai trouvé : http://arxiv.org/abs/hep-ph/0611184

Le jour où il y aura quelque que chose de sûr, on en entendra parler avec grand bruit car ça serait sans doute la signature de dimentions cachées de l'espace.

Je sais Du reste, théoriquement, on pense maintenant qu'il est de moins en moins possible des dimensions aussi grande (que le millimtère) puisse exister. Puisque beaucoup de choses semble en faveur de dimension courbée qui peuvent etre plus petite que la taille d'un noyau atomique tout en règlant pas mal de soucis théoriques.

l s'agit de quelle loi ? Gravitation universelle ?

Oui il s'agit de la loi de Newton pour la gravitation . Le deux n'est vrai qu'à 3 dimensions d'espace, car le théorème de Gauss indique que la force gravitationnelle produite par une masse à une distance r décroit avec un facteur allant comme la surface de l'espace entourant la masse à cette distance. S'il existe une dimension de plus de taille finie R alors pour r<R on aura d'apres le théorie de Gauss : .

[invite8ef897e4]

Bonjour,

A New Apparatus for Detecting Micron-Scale Deviations from Newtonian Gravity (D. M. Weld, J. Xia, B. Cabrera, A. Kapitulnik)

We describe the design and construction of a new apparatus for detecting or constraining deviations from Newtonian gravity at short length scales. The apparatus consists of a new type of probe with rotary mass actuation and cantilever-based force detection which is used to directly measure the force between two micromachined masses separated by tens of microns. We present the first data from the experiment, and discuss the prospects of more precisely constraining or detecting non-Newtonian effects using this probe. Currently, the sensitivity to attractive mass-dependent forces is equal to the best existing limits at length scales near 5 microns. No non-Newtonian effects are detected at that level.

Proposal for an experiment to search for Randall-Sundrum type corrections to Newton's law of gravitation (Mofazzal Azam, M. Sami, C. S. Unnikrishnan, T. Shiromizu)

String theory, as well as the string inspired brane-world models such as the Randall-Sundrum (RS) one, suggest a modification of Newton's law of gravitation at small distance scales. Search for modifications of standard gravity is an active field of research in this context. It is well known that short range corrections to gravity would violate the Newton-Birkhoff theorem. Based on calculations of RS type non-Newtonian forces for finite size spherical bodies, we propose a torsion balance based experiment to search for the effects of violation of this celebrated theorem valid in Newtonian gravity as well as the general theory of relativity. We explain the main principle behind the experiment and provide detailed calculations suggesting optimum values of the parameters of the experiment. The projected sensitivity is sufficient to probe the Randall-Sundrum parameter up to 10 microns.

Experimental Tests of General Relativity (Slava G. Turyshev)
General Relativistic Effects in Atom Interferometry (Savas Dimopoulos, Peter W. Graham, Jason M. Hogan, Mark A. Kasevich)
String theory, gravity and experiment (Thibault Damour, Marc Lilley)

Je me souviens d'une presentation donnee il y a quelques mois sur les tests avec des neutrons ultra-froids. Les limites qu'ils ont atteintes semblaient incroyablement difficiles a depasser (du genre, ils se heurtent aux mesures de precision du moment dipolaire du neutron, mesure pour des raisons completement independantes avec une precision, la encore, redoutable).

Voir aussi :
Testing the gravitational inverse-square law (Physicsworld.com)

Evidemment, la reference premiere officielle : PDG's Experimental tests of gravitational theory
mais l'article de Thibault Damour cite plus haut est plus recent.

[invite9c9b9968]

Ils ont pas aussi des soucis avec la présence de la force de Casimir, qui fait du bruit de fond ?

[invite8ef897e4]

Ils ont pas aussi des soucis avec la présence de la force de Casimir, qui fait du bruit de fond ?

L'intervenant n'a pas mentionne cela. D'apres ce que je comprend, c'est plutot l'inverse : la force de Casimir sert de reference pour calibration. Mais je ne suis pas sur.

J'ai trouve un document de reference, mais il faut vraiment etre interesse pour aller chercher ces details :
A Short-Range Test of Newton’s Gravitational Inverse-Square Law (PhD Daniel J. Kapner)

[inviteca4b3353]

Merci

Par contre il y a quelquechose qui me choque pour le second papier. Dans le modèle Randall-Sundrum, la dimension supplémentaire est de taille 1/Mpl, soit en gros 10^(-35) m. Ca me parait douteux de motiver les mesures de loi de Newton à courte distance en disant qu'on peut tester ce modele. La gravité étant tellement faible qu'il est extremement difficile de faire des mesures fiables sous le micron, alors la longueur de Planck...

[inviteca4b3353]

la force de Casimir sert de reference pour calibration. Mais je ne suis pas sur.

si c'est ca. Dans tous les cas la force de Casimir est calculable, on peut alors facilement la retrancher du résultat de mesure et ne retenir que la partie gravitationnelle. Evidemment il faut pour cela une bonne calibration de l'expérience avec la force de Casimir dans le régime de distance où elle domine l'intéraction gravitationnelle.

[inviteaa85155c]

Merci

Par contre il y a quelquechose qui me choque pour le second papier. Dans le modèle Randall-Sundrum, la dimension supplémentaire est de taille 1/Mpl, soit en gros 10^(-35) m. Ca me parait douteux de motiver les mesures de loi de Newton à courte distance en disant qu'on peut tester ce modele. La gravité étant tellement faible qu'il est extremement difficile de faire des mesures fiables sous le micron, alors la longueur de Planck...

C'est ce que je me disais aussi, mais ils se disent peut-être que sur un malentendu ca peut marcher...

il doit y avoir un truc qui nous échappe

[invite85dfba75]

Bonjour

Le jour où il y aura quelque que chose de sûr, on en entendra parler avec grand bruit car ça serait sans doute la signature de dimentions cachées de l'espace.

Pouquoi ?

[invite8c514936]

C'est si évident que ça pour vous, que la déviation à la loi de Newton doit avoir lieu seulement près de l'échelle de Planck ?

[invite9c9b9968]

Ok pour la force de Casimir, je n'avais pas pensé à la voir sous l'angle de la calibration, mais effectivement on maîtrise pas trop mal son calcul donc

Merci Karibou et humanino

Pouquoi ?

Cf le message #4 de cette discussion

[invite9c9b9968]

C'est si évident que ça pour vous, que la déviation à la loi de Newton doit avoir lieu seulement près de l'échelle de Planck ?

Ce n'est pas, il me semble, ce que Karibou dit. Il dit juste que motiver les recherches de déviation par la vérification du modèle de Randall est assez tiré par les cheveux vu l'ordre de grandeur des dimensions supplémentaires dans ce modèle.

[invite8ef897e4]

C'est si évident que ça pour vous, que la déviation à la loi de Newton doit avoir lieu seulement près de l'échelle de Planck ?

Ah non, en tout cas pas pour moi

Il me semble que Randall elle-meme favorise fortement les scenarios ou c'est le cas, mais je ne me souviens plus de l'argument. Quelque chose comme "naturalite". Un tel argument dans tous les cas n'exclue pas, en principe, un echelle du TeV ou meme moins (pour le graviton KK et les modes effectifs associes). Et "RS2" qui ne contient pas de "brane de Planck" presente plus de libertes que le modele original en ce qui concerne les dimensions supplementaires.

Desole, mes deux centimes
Il faudrait que je relise.

[invite85dfba75]

Cf le message #4 de cette discussion

Ca m'explique pas pourquoi ca induirait une dimension cachée de l'espace .
Mais cette déviation de la lois de Newton existe théoriquement ?

[invite8ef897e4]

Voila une reference (presentation donnee par Randall au CERN, Academic Training Lecture Regular Programme) :
Warped Extra-Dimensional Opportunities and Signatures

[inviteca4b3353]

Pouquoi ?

Cf l'explication que j'ai donnée plus haut. La loi de Newton en 1/r2 est un résultat géométrique dérivé d'une loi locale via le théorème de Gauss. En particulier le coef dépend de la dimension de l'espace, c'est 2 à 4d mais 3 à 5d. Si la dimension est compacte de taille R finie, la 5eme dimension ne se manifestera que à des échelles de distance inférieur à R. Donc en testant la loi en Newton à courte distance et vérifiant qu'elle est en 1/r2 jusqu'à une certaine distance, on a alors automatiquement R<à celle ci.

C'est si évident que ça pour vous, que la déviation à la loi de Newton doit avoir lieu seulement près de l'échelle de Planck ?

c'est pas évident mais c'est connu

l me semble que Randall elle-meme favorise fortement les scenarios ou c'est le cas, mais je ne me souviens plus de l'argument. Quelque chose comme "naturalite". Un tel argument dans tous les cas n'exclue pas, en principe, un echelle du TeV ou meme moins (pour le graviton KK et les modes effectifs associes). Et "RS2" qui ne contient pas de "brane de Planck" presente plus de libertes que le modele original en ce qui concerne les dimensions supplementaires.

plusieurs remarques.
Dans Randall Sundrum, les particules de Kaluza-Klein sont bien au TeV (ainsi que le KK gaviton), c'est effectivement une conséquence de la naturalité du modele, qui veut que le Higgs voit ses corrections quantiques "coupées" au TeV pour éviter le fine-tuning de la théorie. En revanche ca ne veut pas dire (contrairement aux dimensions plates) que la taille de la dimension est 1/TeV car il y a la fameuse courbure d'Anti de Sitter dans ce modèle. Bref pour red-shifter le TeV depuis Mpl dans ce modèle il suffit juste d'une dimension de la taille de 1/Mpl, le gros du travail étant réalisé par le facteur de courbure exponentiel de la métrique.
RS2 c'est bien une seule brane, mais c'est la brane IR (du TeV) et pas l'UV (de Planck) qui est repoussé à l'infini.

Ca m'explique pas pourquoi ca induirait une dimension cachée de l'espace .

Tu prends le problème à l'envers. Si on observe une déviation, cela peut etre (mais pas nécessairement) suite à la présence d'une dimension supplémentaire.

Mais cette déviation de la lois de Newton existe théoriquement ?

oui c'est automatique s'il existe une dimension supplémentaire d'espace.

Voila une reference (presentation donnee par Randall au CERN, Academic Training Lecture Regular Programme) :

cf ce que je disais au dessus, tu as raison pour l'echelle des excitations du KK, c'est bien le TeV, mais ce n'est pas la taille de la dimension à cause de la courbure.

[invite8ef897e4]

plusieurs remarques.

Merci, cela clarifie les choses pour moi

J'ai trouve a l'occasion de cette discussion une bonne reference qu'il faudrait que je lise :
"Tests of the gravitational inverse-square law" par E.G. Adelberger, B.R. Heckel, and A.E. Nelson (Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 2003. 53:77–121)

Pas d'acces gratuit a ma connaissance cependant, desole.

[Chaospace]

Salut,

Après avoir lu ce fil, je me suis posé la question : et s'il existait, à petit échelle, une autre force que l'attraction gravitationnelle ou que la force produite par l'effet Casimir, et qui aurait les mêmes effets, c'est-à-dire une attraction ?

Se peut-il que des forces inconnues de nos jours existent en somme ?
Et comment les découvrir, théoriquement ou par l'expérience...

Si on fait l'expérience de la loi en 1/r² pour la gravitation à petite échelle, en prenant en compte l'effet casimir et aussi les forces électrostatiques etc... et que l'on s'aperçoit que la loi de Newton n'est plus en 1/r² alors que peut on en déduire ? Que l'attraction gravitationnelle est différente selon l'échelle spatiale (en 1/r³ d'après Gauss par exemple) ou alors qu'il existe une force d'attraction (ou de répulsion) encore inconnue ?

Merci.

[inviteca4b3353]

et s'il existait, à petit échelle, une autre force que l'attraction gravitationnelle ou que la force produite par l'effet Casimir, et qui aurait les mêmes effets, c'est-à-dire une attraction ?

ou alors qu'il existe une force d'attraction (ou de répulsion) encore inconnue ?

S'il existe une autre force attractive (ou répulsive) à courte distance, alors on aura toujours la meme dépendance en r que pour les autres, car sa forme globale sera toujours donnée par le théorème de Gauss. En revanche il est tres peu probable qu'on découvre une telle nouvelle force à l'échelle du mm en faisant une expérience de type Cavendish. En effet de nombreuses autres expériences en physique nucléaire, donc à de bien plus courtes distances de 10^(-10) à 10^(-15) m, ont montré qu'il y a rien d'autre que l'électromagnétisme et la gravitation à l'échelle du mm. Du moins s'il existait une autre force à cette distance, elle ne pourrait avoir d'effet sur la physique de l'atome et du noyau.

[invite786a6ab6]

... En effet de nombreuses autres expériences en physique nucléaire, donc à de bien plus courtes distances de 10^(-10) à 10^(-15) m, ont montré qu'il y a rien d'autre que l'électromagnétisme et la gravitation à l'échelle du mm...

Ces expériences ont elles pu mettre en évidence l'apparition spontanée dans le vide de paires des pseudo-particules qui sont à l'origine des forces de Casimir ? L'inconnu est parfois bien caché.

[inviteca4b3353]

Ces expériences ont elles pu mettre en évidence l'apparition spontanée dans le vide de paires des pseudo-particules qui sont à l'origine des forces de Casimir ?

A proprement parler non, on a aucune "photo" de paires de particule/antiparticule émergeant du vide quantique (et théoriquement on ne peut pas prendre une telle photo, ce sont des particules virtuelles violant la conservation de l'énergie). En revanche on a mesuré la force de Casimir expérimentalement, qui n'existe que si de telles paires sont produites spontannément dans le vide. La force mesuré est en accord avec le calcul théorique reposant sur l'existence de ces paires. C'est la meilleure facon de les "voir" qu'on ait actuellement.

[invite85dfba75]

Oui il s'agit de la loi de Newton pour la gravitation . Le deux n'est vrai qu'à 3 dimensions d'espace, car le théorème de Gauss indique que la force gravitationnelle produite par une masse à une distance r décroit avec un facteur allant comme la surface de l'espace entourant la masse à cette distance. S'il existe une dimension de plus de taille finie R alors pour r<R on aura d'apres le théorie de Gauss : .

Bonjour,

MAis si on arrive à mesurer cela, est-ce que cela ne peut être du à un effet relativiste du tissus spatial, plutôt qu'a une dimension supplémentaire ? Et puis une surface, n'est elle pas une approximation à ces échelles tres petites ?

[invite8ef897e4]

Bonjour,

MAis si on arrive à mesurer cela, est-ce que cela ne peut être du à un effet relativiste du tissus spatial, plutôt qu'a une dimension supplémentaire ? Et puis une surface, n'est elle pas une approximation à ces échelles tres petites ?

Le terme "effet relativiste du tissu spatial" est vague. On peut imaginer bien des choses, mais ce qui importe c'est de faire de predictions. Et le theoreme de Gauss est une propriete topologique, stable sous les deformations du "tissu spatial" donc tres difficile a contourner.

[invitea29d1598]

salut,

Une autre source de contrainte a été la SN1987A. Je me souviens plus des nombres mais il me semble qu'à un moment c'était (quasiment ?) la plus forte. Une réf dont le titre m'avait amusé à l'époque (et qui repose aussi sur l'utilisation des données associées à SN1987A):

The likelihood of GODs' existence: Improving the SN1987a constraint on the size of large compact dimensions (publié en 2001)

[invite9c9b9968]

Juste pour dire que le titre de l'article est savoureux :

The likelihood of GODs' existence

La physique s'occupe du divin maintenant ?

[invite85dfba75]

Est ce que vous pensez que les petits animaux puissent connaitre une force de gravité autre à leurs échelles ? .. une puce par exemple ?

[invite85dfba75]

Re,

Si la gravité à son échelle est élevée au cube, est-ce qu'elle subirait un effet relativiste (espace courbe) encore infinitésimal par rapport nous?

Je fait remonter le topic , parce que il me semblait que ce serait intéressant de savoir . Par exemple les biologistes ne s'expliquent pas pourquoi les animaux ont toujours une vitesse métabolique proportionner à leurs tailles . Ils pourraient théoriser avec des animaux qui se maintiennent à une température constante, mais pas pour les autres animaux (exothermes) . IL est quand même rare en biologie que des animaux ne fassent pas exception . Il y a rarement un systématisme aussi fort.

voir aussi le sujet "Insectes et gravité terrestre":
http://forums.futura-sciences.com/thread233298.html