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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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Un gel reconstructeur
Une équipe de chercheurs américains a mis au point un gel qui pourrait permettre de remplacer certains tissus mous.

© Wiki Commons

 

Un espoir pour réparer les tissus

Une équipe de chercheurs de l’Université Johns Hopkins School of Medecine à Baltimore (États-Unis) a développé un gel qui mime la micro-architecture et les propriétés mécaniques des tissus mous. Ce gel permettrait de guérir plus vite et sans déformation ni cicatrice. Testé sur des rats et des lapins, il a montré une nette amélioration de la cicatrisation. Il pourra être utilisé après des excisions de tumeur, des malformations congénitales, des brûlures, des blessures importantes ou même contre le vieillissement. Injectable par aiguille, il serait beaucoup moins traumatisant pour les patients que les transplantations de peau utilisées depuis une quinzaine d'années. Elles nécessitent en effet le prélèvement de tissus sur une autre partie du corps, laissant de nombreuses cicatrices. Dans certains cas, des implants synthétiques de peau sont utilisés mais les cellules immunitaires réagissent mal et rejettent parfois l’implant, provoquant, là aussi, des cicatrices.« Dans les greffes de peau il n’y a que l’épiderme qui est recréé ce qui ne permet pas de souplesse. Il faut un derme artificiel pour reconstruire une peau totale» explique Michael Atlan, chef de service à l'APHP au service de chirurgie plastique reconstructrice et esthétique, microchirurgie, régénération tissulaire et chercheur au laboratoire LVTS de BICHAT INSERM et membre du centre de recherche De St Antoine du Pr Bruno Feve, spécialisé dans l'étude du tissu graisseux . « On peut aussi utiliser des tissus animaux décellularisés pour construire une architecture 3D. Cette technique est souvent utilisée en reconstruction mammaire. »

Une matrice en nanofibres

Ce gel est composé de nanofibres en polymère biodégradable (nanofibres de polycaprolactone). Ce type de polymère était déjà connu et utilisé pour réaliser les points de suture. Les nanofibres sont similaires à la matrice extracellulaire. La matrice extracellulaire est une structure située à l'extérieur des cellules. Elle fournit un support structurel pour les cellules et les tissus et sert de ciment intercellulaire. « La polycaprolactone est très utile car elle se résorbe. Elle maintient l’architecture le temps que se fixent les cellules » ajoute Michael Atlan. Cependant, elles ne sont pas injectables et ne produisent pas le volume ni les propriétés mécaniques nécessaires à la reconstruction tissulaire. C’est pourquoi les nanofibres de polymères sont imbibées d’acide hyaluronique. Selon le chirurgien, « l’acide hyaluronique est un composant naturel de la matrice extracellulaire. Il facilite la reconstruction des tissus et leur hydratation ". Il était déjà utilisé par les chirurgiens pour aider la cicatrisation des petites blessures. Il se lie aux macrophages (cellules immunitaires) ce qui permet de lutter contre l’inflammation. Il induit aussi une angiogenèse (création de nouveaux vaisseaux sanguins). Après l’injection, le gel crée des liaisons entre l’acide hyaluronique et les cellules. Cela entraîne la création d’une matrice élastique, squelette permettant aux cellules du corps humain de se greffer dessus. « Le gel sera injecté en complément de cellules souches qui viendront coloniser la matrice» explique Michael Atlan. Cette structure poreuse laisse passer les cellules utiles à la cicatrisation et favorise l’angiogenèse. « L’alliance d’une matrice 3D avec des cellules souches permet de recréer un derme. Les cellules souches sont issues de la graisse, elles se différencient pour s’adapter au receveur » conclut Michael Atlan.

 

En savoir plus :

Camille Paschal
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