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Les batteries au lithium pour un Nobel

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Du champagne supersonique

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Le matériau le plus noir du monde

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Organes sur puce, vers un futur bionique ?

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50 ans de Lune

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Apollo, conquête spatiale et apports scientifiques

"Un petit pas pour l'homme, mais un grand pas pour l'humanité", les mots de Neil Armstrong sont restés dans l'Histoire, comme l’empreinte de la chaussure de Buzz Aldrin restera sur la Lune ...

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En novembre 2018, un scientifique chinois révélait au monde entier qu'il avait réussi à créer des bébés génétiquement modifiés. Cet apprenti Frankenstein a modifié in vitro un

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A l'aube de la civilisation, la vie extraterrestre est envisagée par le prisme des dieux et divinités. Les Incas pratiquent des sacrifices, et les Aztèques tracent de grandes figures au sol destinées ...

Une demi-vie qui dépasse l'âge de l'univers

Construit 1500 m sous le sol italien, le Laboratoire National de San Grasso (LNSG) accueille le détecteur XENON1T, résultat de la collaboration internationale de plus de 160 chercheurs venus d'Europe, des États-Unis et du Moyen Orient. Le 29 avril 2019, ils annonçaient l'observation de la désintégration du xénon 124.

A la recherche de la matière noire

Construit à partir de 2012, le détecteur XENON1T a commencé ses mesures dès 2016. Aujourd'hui, alors qu'il est démonté pour permettre la construction de son successeur, les chercheurs traitent encore les données qu'il a récoltées. Ce détecteur est assigné à la recherche directe et à l'observation de la matière noire. « Il y cinq à six fois plus de matière noire dans l’Univers que de matière ordinaire. L’estimation de la quantité de la matière noire se fait avec les modèles théoriques comme celui du Big Bang. Tous les modèles supposent la présence de matière noire » explique Dominique Thers, chef d'équipe du groupe XENON du laboratoire Subatech. Pourtant, elle n'a jamais été observée directement. On suppose qu'elle est composée de particules neutres et insensibles aux forces électromagnétiques car elle n'émet pas de lumière. « Les modèles théoriques les plus probables sont ceux qui décrivent la matière noire constituée de particules élémentaires lourdes et lentes, nouvelles et encore inconnues » ajoute le chercheur. « Les chercheurs tentent d’observer la matière noire depuis plus de deux générations déjà, sans succès. Elle interagit très faiblement avec la matière ordinaire, donc il faut construire des expériences de plus en plus grandes et de plus en plus silencieuses et sensibles pour pouvoir l'observer ».

Un détecteur ultra-sensible

Du fait de ces interactions très faibles, le détecteur doit également être le plus isolé possible des bruits. Il est donc enfoui sous terre pour limiter l'impact de la radioactivité et c'est le xénon qui est utilisé, un gaz noble qui est très peu réactif. Cela fait de lui le détecteur le plus sensible au monde.

Selon les modèles théoriques, la matière noire ne devrait que très rarement entrer en contact avec les atomes de xénon du détecteur. Celui-ci, cylindrique, mesure un mètre de long et contient près de 3500 kg de xénon liquide à -95°C. « Le détecteur est conçu comme un oignon : plus on va au coeur du détecteur plus l’appareil est fiable et efficace. Au centre se trouve une tonne de xénon, celle qui détecte la matière noire. Deux tonnes de xénon viennent ensuite blinder le détecteur pour l’isoler des bruits » nous apprend Julien Masbou enseignant chercheur au Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées. Lorsqu'un atome de xénon rencontre une particule de matière noire, celle-ci transfère de l'énergie au noyau de l'atome qui excite à son tour d'autres atomes de xénon. Ce mécanisme produit in fine des courants électriques et aussi l'émission de rayonnement UV. Ces rayonnements sont ensuite détectés par des photodétecteurs placés aux extrémités de la zone active.

Des mesures complexes

XENON1T est aussi capable de mesurer la double capture électronique, permettant de calculer la désintégration du xénon 124. « La double capture électronique n’était pas le but de l’expérience, c’est une découverte due au hasard » commente Julien Masbou. Ce phénomène est très difficile à détecter car il st masqué par la radioactivité ambiante mais aussi parce que « la désintégration du xénon 124 est un processus très faible en amplitude et en intensité, et donc difficilement observable » explique Dominique Thers. Le principe est le suivant : deux protons du noyau de xénon capturent simultanément deux électrons de la couche électronique la plus interne. Ils se transforment en neutrons et deux neutrinos sont émis. Les électrons de la couche prélevée se réarrangent. Le processus émet des rayons X, détectables. C'est grâce à ce mécanisme que les chercheurs ont pu déterminer la demi-vie du xénon qui est de 1,8.10²² ans, soit mille milliard de fois plus grande que celle de notre univers.

La détection de cette double capture électronique confirme la puissance de ce détecteur. La matière noire n'a pas encore été détectée, mais les scientifiques sont optimistes quand à l'observation directe de celle-ci, car le détecteur a fait ses preuves. « Nous n’avons pas observé la matière noire mais la découverte de la double capture électronique montre bien que notre instrument fonctionne » se félicite Julien Masbou. Selon Dominique Thers, « on observe déjà indirectement la matière noire grâce aux courbes de rotation des étoiles dans les galaxies, aux microlentilles gravitationnelles ou aux rayonnements cosmologiques. Il y a beaucoup d’observations à différentes échelles qui justifient la présence de matière noire ». Grâce aux informations fournies par le détecteur XENON1T, les chercheurs pourront également étudier plus en détail la nature des neutrinos.

Ils traqueront les doubles captures électronique sans neutrino pour mieux les étudier. Une autre phase de recherche, XENONnT, verra bientôt le jour après la mise à niveau actuelle de l'équipement. « XENONnT sera plus sensible, avec un total de cinq tonnes de xénon contre trois pour XENON1T, c’est la plus importante expérience utilisant du xénon pour détecter de la matière noire » selon Julien Masbou. Cela devrait permettre de gagner un ordre de grandeur et augmenter les chances de détecter de la matière noire, cette « quête de l’extrême » conclut Dominique Thers.

 

En savoir plus :

L'article original :https://www.nature.com/articles/s41586-019-1124-4

Le site de SubaTech : http://www-subatech.in2p3.fr/fr/recherche/nucleaire-et-sante/xenon/recherche/fondamentales/xenon1t

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La réalité virtuelle pour des corps paralysés
Une campagne de rééducation a permis à des personnes paraplégiques de retrouver des sensations dans leurs membres paralysés. L’étude comprend un dispositif de réalité virtuelle.

Huit personnes paraplégiques ont retrouvé des sensations dans leurs membres paralysés et un contrôle partiel de leurs jambes après une expérience de rééducation, selon une étude américaine parue dans la revue Scientific Reports.

Pour atteindre ce résultat, ces personnes ont passé près de 2 000 heures réparties sur une année à s'entraîner aux côtés de chercheurs américains. Au moins deux heures chaque semaine, les patients ont évolué dans un monde virtuel à l’aide d’un « casque d'électrodes » relié à un ordinateur. Ce dispositif enregistre les signaux émis par leurs neurones pour les traduire en commandes qui déclenchent un mouvement virtuel. Chaque personne paraplégique avait ainsi un avatar, qu'il pouvait déplacer sur l'écran d'un casque de réalité virtuelle, grâce à la seule force de ses neurones.

Autre étape de l’étude : les patients ont aussi pris les commandes d’une armure robotique pour se déplacer selon un principe identique à l’avatar virtuel. Cette fois, le mouvement des jambes était rendu réel sous l’action de l’exosquelette dont ils s’étaient équipés.

Des fibres nerveuses réactivées

Résultat : tous les patients ont connu des progrès dans leurs sensations au niveau de leurs membres paralysés. Une femme, soutenue par un harnais, a même été en mesure de bouger ses jambes pour la première fois en plus de dix ans. « Jusqu'à présent, personne n'avait observé la récupération de ces fonctions chez un patient tant d'années après un diagnostic de paralysie complète des membres inférieurs », peut-on lire dans le Figaro, relayant les propros du Dr Miguel Nicolelis, co-auteur de l’étude.

Même après un accident causant une paralysie, des fibres nerveuses de la moelle épinière peuvent survivre. Elles resteraient ainsi inactives du fait de l’absence de signaux envoyés du cerveau aux muscles pour commander le mouvement. Selon les chercheurs, la rééducation des huit patients aurait réactivé ces fibres nerveuses.

« Ces résultats sont permis par les propriétés du cerveau humain, capable de changer son architecture corticale ; il est flexible et plastique », explique Thierry Pozzo, professeur de neurosciences à l’université de Bourgogne et chercheur à l’Inserm. Ainsi, dès lors que le cerveau a des retours sensoriels, il peut redevenir en mesure de commander le corps.

Toutefois, le chercheur pointe l’absence de données sur le rôle relatif des différentes activités de rééducation pour expliquer les progrès des patients : « On ignore le rôle de la réalité virtuelle, l’étude ayant eu aussi recours à d’autres activités avec des harnais, des exosquelettes… Il faudrait pour de prochaines études constituer plusieurs groupes avec pour chacun d’entre eux un type d’activités pour comparer leurs bénéfices », préconise Thierry Pozzo. Selon lui, l’apport de la réalité virtuelle n’est pas décisif compte tenu du mode de fonctionnement du cerveau, qui aurait besoin de se confronter au réel. « Le transfert du monde virtuel vers le monde réel n’est pas automatique : tout doit être ré-appris », conclut-il.

Les huit patients qui ont mené l’expérience étaient paraplégiques depuis longtemps -entre trois et treize ans. D’ores et déjà, l'équipe du Dr Nicolelis prévoit de réaliser une nouvelle étude, avec des personnes ayant récemment perdu l'usage de leurs membres inférieurs. Avec l’espoir que la réparation des fibres nerveuses soit encore meilleure.

Pour consulter l’étude : http://www.nature.com/articles/srep30383

Pour en savoir plus : Lien vers le site de l'Inserm

Crédit illustration : Gessica Maio

Mickaël Charpentier
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