S'inscrire identifiants oubliés ?

Les batteries au lithium pour un Nobel

De la petite électronique à la voiture électrique, la pile lithium-ion - non rechargeable - et surtout l'accumulateur - rechargeable - ont envahi notre quotidien. Sans cette technologie lithium-ion, téléphones mobiles, tablettes et autres appareils nomades n’existeraient pas ou seraient ...

Du champagne supersonique

Physique du bouchon de champagne

Tout le monde le sait, lorsqu’une bouteille de champagne est débouchée, le bouchon est souvent violemment propulsé… ce qui peut être dangereux s’il percute l’œil. La raison pour laquelle le bouchon saute à environ 50 km/h vient ...

Le matériau le plus noir du monde

Si vous pensiez qu’obtenir un noir intense était chose facile, vous vous trompiez. Depuis de nombreuses années, artistes et scientifiques cherchent la formule du véritable noir, ou du moins à s'en approcher. Par noir véritable, entendez une surface qui ne renverrait aucun rayon lumineux. Actuellement, ...

Organes sur puce, vers un futur bionique ?

Imaginez une puce tenant dans la main qui renfermerait un micro-poumon ? Science fiction ? Fantasme de savant fou ? Absolument pas, il s'agit de choses bien réelles et déjà brevetées ! Apparus courant 2010, les organes sur puce ...

50 ans de Lune

© NASA, 1968

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 ...

CRISPR-Cas9, une révolution et des dérives

Une modification aux effets secondaires indésirés

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

Sommes-nous seuls dans l'univers ?

Un peu d'histoire

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

» lire tous les articles 1 2 3 4 5 6 7 8
sciences en ligne
exploratheque
du premier stage au premier emploi


Ice memory, conserver la mémoire des glaciers
Hier dans les Alpes, aujourd'hui dans les Andes, les scientifiques se mobilisent pour créer un patrimoine glaciaire mondial légué aux générations futures.

La science des glaces et le climat

Les glaciers représentent les seuls enregistrements naturels directs des variations des propriétés de l'atmosphère au cours du temps. La présence d'impuretés issues de cette atmosphère ancienne, telles que des poussières ou des aérosols, donne des informations sur des phénomènes géologiques, géochimiques et biologiques du passé, parfois du passé proche comme dans le cas des polluants d'origine anthropique. Grâce à l'analyse de la proportion des différents isotopes des molécules d'eau, les scientifiques peuvent estimer les températures et les conditions de précipitation lors de la formation de la glace. Les particules emprisonnées dans la glace fixent également des bactéries et des virus, dont l'évolution du génome sera sans doute étudié avec le développement de nouvelles techniques d'analyses.

Dans le cas des glaciers de montagne, la glace présente en profondeur, dans la calotte glaciaire, peut atteindre un âge de plusieurs millénaires. Ce patrimoine est précieux pour la climatologie, plus à travers la paléoclimatologie, qui accèdent à des données anciennes permettant de comprendre les changements environnementaux actuels et d'anticiper leurs évolutions. Malheureusement, l’augmentation des températures conduit au recul des glaciers, voire à leur disparition pour certains. Surtout, avec la fréquence plus élevée d'événements de température positive en haute altitude, l'eau de fonte créée peut percoler à travers les couches supérieures de neige et ainsi altérer la composition chimique des strates de glace plus basses.

La deuxième expédition du projet Ice Memory

Afin de faire face à la disparition de ces enregistrements ou à la perte de leur qualité, le projet Ice Memory vise à forer des dizaines de carottes de glace patrimoine, issues des glaciers les plus fragiles, pour les mettre à disposition de la communauté scientifique. En août 2016, une première expédition s'est déroulée au Col du Dôme, dans le massif du Mont-Blanc, un glacier culminant à 4 300 mètres et permettant de couvrir des échelles de temps de 150 ans. La deuxième expédition s'est terminée le 18 juin 2017, dans le glacier de l'Illimani, en Bolivie. À 6 300 mètres d'altitude, le projet ne pouvant s'appuyer sur l'aide des hélicoptères, le transport de l'équipement et des découpes issues du carottage est assuré par une vingtaine de guides de haute-montagne et de porteurs boliviens.

Les trois carottes de l'expédition alpine, bientôt suivies des trois carottes de l'expédition bolivienne, sont stockées dans un entrepôt frigorifique à côté de Grenoble. Une carotte de chaque lot sera analysée à l'IGE (laboratoire de l’Institut des Géosciences de l’Environnement) de Grenoble en 2019, de manière à constituer une base de données des traceurs chimiques accessibles avec les technologies actuelles. À partir de 2020, les autres seront stockées dans une cave creusée sous la neige au voisinage de la base franco-italienne Concordia, sur le haut plateau antarctique qui connaît des températures inférieures à -50°C. Entre-temps, les expéditions continueront, comme sur le glacier du Colle Gnifetti, à la frontière entre l’Italie et la Suisse, des archives permettant de remonter près de 4 000 années dans le passé.

En savoir plus

Le projet Ice Memory, sur le site de la Fondation Université Grenoble Alpes

La plate-forme et la page Facebook d'Ice Memory, pour suivre l'expédition

Projet Ice Memory : deuxième expédition sur le glacier de l'Illimani, le communiqué de presse du CNRS

Les glaces du Mont-Blanc à l'abri en Antarctique, l'article du CNRS à l'époque de le première expédition

Structure d'un glacier, sur Sciences en ligne

Arthur Jeannot
Twitter Facebook Google Plus Linkedin email