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50 ans de Lune

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Apollo, conquête spatiale et apports scientifiques

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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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Une piste de recherche pour guérir du SIDA
Malgré les traitements du syndrome qui lui est associé, le VIH persiste dans l'organisme à cause de cellules réservoirs, que l'identification d'un marqueur pourra permettre de cibler.

Des virus dormants

Le SIDA (Syndrome d’ImmunoDéficience Acquise) est le dernier stade de l’infection par le VIH (Virus de l’Immunodéficience Humaine). Ce rétrovirus s’attaque aux cellules du système immunitaire, les lymphocytes T CD4. Après les avoir infectées, il les détruit ou les rend inefficaces, ce qui entraîne un affaiblissement du système immunitaire et une vulnérabilité face aux infections opportunistes.

Les antirétroviraux, d'abord l'AZT seul puis le développement de trithérapies et d'autres pistes, permettent de ralentir l'évolution du syndrome et donc de contrôler l'infection. Cependant, certaines particules virales infectent les cellules de l'organisme sans les détruire, en restant dormantes. Le virus persiste donc dans des réservoirs au sein du système immunitaire, protégé des traitements car ne se répliquant plus et surtout prêt à se disséminer si le terrain redevient favorable. Ce qui contraint les patients à suivre des traitements toute leur vie.

En parallèle des thérapies actuelles, ainsi que des campagnes d'information et des recherches sur un éventuel vaccin visant à prévenir la propagation de l'épidémie, la guérison complète du VIH passe nécessairement par l'élimination de ces réservoirs. Pour envisager cela, une première étape est alors de distinguer dans le système immunitaire les cellules infectées des cellules saines actives, qui se ressemblent fortement. Pour ce faire, une équipe de l'Institut de génétique humaine est partie de l’hypothèse que le VIH pourrait laisser une empreinte à la surface de sa cellule hôte.

Identifier des marqueurs pour cibler les réservoirs de virus

Grâce à un modèle d’infection développé dans leur laboratoire, les chercheur·euse·s ont identifié la protéine CD32a, présente uniquement à la surface des cellules infectées. Codée par un gène parmi la centaine qui sont exprimés de manière spécifique par les cellules infectées, la protéine remplit in vitro les critères d’un marqueur de cellules réservoirs. Pour Monsef Benkirane, directeur de l'Institut : « L'expression de ce marqueur a une signification biologique. Il faut qu'on comprenne ce que la cellule est en train de nous dire lorsqu'elle est stressée par le virus. »

Le résultat a été confirmé par les expérimentations sur des échantillons cliniques. En étudiant des prélèvements de sang de douze patients séropositifs traités, les chercheur·euse·s ont constaté que les cellules exprimant le marqueur étaient presque toutes porteuses du virus. De plus, ces cellules ont pu être réactivées in vitro et se sont révélées capables de réinfecter des cellules saines, illustrant l'impossibilité pour un patient aujourd'hui d'arrêter son traitement.

« Cette découverte est un début, et pas une fin. L'utiliser pour comprendre comment le réservoir s'est établi, comment il s'est maintenu, quelles sont ses propriétés, ouvre de grandes perspectives de compréhension. Vu le nombre d'équipes dans le monde qui se sont attelées à ces recherches, on va très vite accumuler suffisamment de données pour proposer des stratégies thérapeutiques efficaces pour le traitement du VIH ciblant le réservoir. »

Un brevet, en propriété CNRS, a été déposé sur l'utilisation diagnostique et thérapeutique du marqueur ainsi identifié. Cette étude ouvre la voie à de nouvelles stratégies visant l'élimination totale du virus latent. Ces travaux, publiés dans la revue Nature, s’inscrivent dans le cadre du programme stratégique Réservoirs du VIH de l’ANRS (Agence nationale de recherches sur le sida et les hépatites virales).

En savoir plus

Découverte d’un marqueur du réservoir du VIH : une nouvelle piste pour éliminer le virus, communiqué de presse du CNRS et communiqué de presse de l'INSERM

VIH et Sida, dossier de l'INSERM

VIH et Sida, dossier de l'OMS

L'épidémie de SIDA : vers une résurgence ? sur Sciences en ligne

Lutte contre le SIDA : de nouveaux espoirs ? Sur Sciences en ligne

La plate-forme de prévention du SIDA

Arthur Jeannot
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