Espace & Particules (6-7/2017)

Le CERN a inauguré le Linac 4

Le 9 mai dernier, Journée de l’Europe, le CERN a inauguré son nouvel accélérateur linéaire, le Linac 4. Cet instrument a bénéficié d’un programme de recherche et développement mené dans le cadre du projet européen CARE (Coordinated Accelerator Research in Europe). Depuis qu’il a passé avec succès les tests d’accélération à son énergie nominale, fin 2016, le Linac 4 est opérationnel. Il constituera la source de faisceaux de protons du Grand collisionneur de hadrons (LHC) après le long arrêt prévu en 2019-2020.

L’accélérateur linéaire Linac 4 porte des ions d’hydrogène négatifs (H^-, formés d’un atome d’hydrogène et de deux électrons) à l’énergie de 160 MeV avant de les transmettre à l’injecteur du Synchrotron à protons, qui fait partie de la chaîne d’injection du LHC. Au moment de leur injection dans le synchrotron, les ions sont débarrassés de leurs deux électrons, de sorte que ne subsistent que les protons. Ce procédé permet d’accumuler davantage de particules dans le synchrotron, de simplifier l’injection, de réduire les pertes de faisceau lors de l’injection et d’obtenir un faisceau plus brillant.

Le Linac 4 est composé d’une source d’ions H^- et de quatre types de structures accélératrices. Les particules sont successivement accélérées à 3 MeV par un quadripôle radiofréquence, à 50 MeV par des accélérateurs à tube de glissement, puis à 100 MeV par des accélérateurs à cavités couplées, et enfin à 160 MeV par des cavités accélératrices. Il possède un système de focalisation qui utilise 126 aimants permanents. Le Linac 4 mesure 86 m de long et est situé à 12 m sous terre. La production des premiers faisceaux a commencé en 2013. Ce nouvel accélérateur linéaire est un élément clé du projet visant à relever la luminosité du LHC au cours de la prochaine décennie.

 

Stocker des données sur un seul atome

Des scientifiques de l’EPFL et d’IBM sont parvenus à stocker des informations et à les récupérer sur des aimants constitués d’un seul atome. Des données binaires (0 ou 1) peuvent ainsi être stockées et lues sur un seul atome d’holmium en modifiant ses propriétés magnétique grâce à un microscope à effet tunnel, a annoncé IBM. La technologie des disques durs conventionnels atteint une densité d’environ un térabit par pouce carré. En utilisant des aimants à atome unique, on pourrait atteindre une densité mille fois supérieure, selon un communiqué de l’EPFL. L’Université de Zurich, ainsi que des scientifiques d’Amérique du Nord, d’Allemagne et de Corée du Sud ont également participé à ces travaux.

 

Un nouveau laser de rayons X à électrons libres

X-FEL (pour X-ray Free Electron Laser), le laser de rayons X à électrons libres situé près de Hambourg a franchi, en commençant à rayonner, franchissant ainsi la dernière étape avant sa mise en service en septembre. Cette installation européenne est la cinquième de ce type au monde, mais aussi la plus puissante. Ses 27’000 flashs par seconde sont 10’000 fois plus brillants qu’une source conventionnelle. Ils sont capables d’éclairer des phénomènes chimiques, physiques et biologiques rapides et microscopique. Contrairement aux synchrotrons, l’accélération s’effectue en ligne droite, sur une distance de plus de 2 km.

Les lasers à électrons libres émettant dans la gamme spectrale des rayons X sont des sources de rayonnement sur accélérateur de particules de quatrième génération. Ces machines, telles que le LCLS (Linac Coherent Light Source) à Stanford ou l’X-FEL à Hambourg, produiront pour sonder la matière, des faisceaux de rayons X durs (de 300 eV à 12 keV) cohérents d’une brillance phénoménale, qui révolutionneront la recherche expérimentale.

 

Une atmosphère autour d’une «terre» extrasolaire

À l’aide du télescope de 2,2 m de l’Observatoire européen austral (ESO) installé au Chili, des astronomes ont repéré la présence d’une atmosphère autour d’une planète rocheuse à l’extérieur de notre système solaire. À 39 années-lumière de la Terre, une petite planète dont la structure et la taille sont proches de celles de la Terre, orbite autour d’une étoile cinq fois plus petite que le Soleil. Quarante pour cent plus grande que notre planète et 60 % plus massive, GJ 1132 b possède une atmosphère qui pourrait contenir de l’eau et du méthane. Le fait que cette planète tourne autour d’une étoile d’un genre extrêmement commun dans l’Univers rend cette découverte particulièrement importante. Cela signifie que des planètes comme GJ 1132 b sont capables de conserver une atmosphère pendant des milliards d’années, même si elles sont bombardées par les photons à haute énergie de leurs étoiles.

C’est l’une des premières fois que les astronomes ont pu détecter une atmosphère entourant une petite planète rocheuse. Cette découverte constitue un pas de plus dans la quête de la vie dans l’Univers, bien que cette planète ne l’abrite probablement pas.

 

Cassini livre les secrets d’Encelade

En analysant les données récoltées en 2015 par la sonde Cassini lors d’un de ses survols à basse altitude d’Encelade, une équipe américaine a établi qu’en traversant l’un des panaches de vapeur et de particules du pôle sud du satellite de Saturne, la sonde a détecté la présence d’hydrogène moléculaire. Ce composé serait issu des cheminées hydrothermales et probablement généré, en profondeur, lors de réactions chimiques survenant entre les roches chaudes et l’eau d’un vaste océan dissimulé sous la surface glacée d’Encelade. Or, l’hydrogène est l’ingrédient d’une réaction chimique appelée méthanogénèse. Il peut former du méthane en réagissant avec le dioxyde de carbone dissout dans l’eau. Selon les chercheurs, cet océan pourrait présenter des conditions compatibles avec la présence de microbes méthanogènes, capables de survivre en l’absence de lumière, comme observé sur Terre.

La sonde Cassini est en train de plonger entre l’atmosphère de Saturne et ses anneaux, avant de s’écraser en septembre.

 

Des divergences par rapport au modèle standard ?

L’expérience LHCb du CERN a observé des anomalies intrigantes lors d’une désintégration de mésons B⁰ produits lors de collisions dans le Grand collisionneur de hadrons. Si ces observations se confirment, elles pourraient être le signe d’un phénomène de nouvelle physique, qui n’est pas prédit par le modèle standard. Le signal observé présente une signification statistique encore limitée, mais il vient renforcer des indices semblables issus d’études antérieures. Les données à venir et les analyses qui suivront pourront établir si ces données représentent véritablement des fissures dans le modèle standard ou s’il s’agit d’une fluctuation statistique.