Espace & Particules (9/2018)

L’évolution de l’Univers capturée en une image

Une équipe internationale d’astronomes, emmenée par l’Université de Genève, a utilisé la vision ultraviolette du télescope spatial Hubble de la NASA et de l’Agence spatiale européenne, afin de capturer l’une des plus grandes vues panoramiques témoignant de la naissance des étoiles dans l’Univers lointain. Le champ comprend quelque 15’000 galaxies, dont 12’000 forment des étoiles.

La vision ultraviolette du télescope Hubble ouvre ainsi une nouvelle fenêtre sur l’Univers en évolution, permettant de retracer la naissance des étoiles au cours des onze derniers milliards d’années, remontant jusqu’à la période de formation d’étoiles la plus importante du cosmos, qui s’est produite environ trois milliards d’années après le Big Bang. Des résultats à lire dans la revue The Astrophysical Journal Supplement Series.

 

Lancement d’un satellite d’observation des vents

Aeolus, le satellite de l’Agence spatiale européenne (ESA), destiné à observer les vents de l’atmosphère par laser, a été placé sur une orbite à l’altitude de 320 km, le 23 août, par le lanceur européen Vega, depuis le centre spatial de Kourou en Guyane française. Il s’agit du premier satellite à faire appel à un laser pour mesurer la vitesse et la direction des vents. Ces informations sont déduites des variations dans la couleur des impulsions laser réfléchies par les composants des masses d’air comprises entre le sol et 30 km d’altitude et captées par un télescope embarqué.

Aeolus couvrira un même point du globe tous les sept jours. Il entre dans le cadre du programme de surveillance de l’environnement «Copernicus» de l’ESA. Les données récoltées doivent servir à l’élaboration des modèles des météorologues et climatologues. La mission, d’un coût de 481 millions d’euros, doit durer trois ans.

 

Une nouvelle découverte concernant le boson de Higgs

Six ans après la découverte du boson de Higgs, sa désintégration en d’autres particules fondamentales, les quarks b, a enfin été observée. Ce résultat, présenté par les collaborations ATLAS et cmS auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC), du CERN, est compatible avec le Modèle standard de la physique des particules.

Arriver à repérer ce mode de désintégration du célèbre boson est loin d’être facile, comme l’ont montré les six années écoulées depuis la découverte de cette particule. La difficulté vient du fait qu’il existe de nombreux autres modes de production des quarks b dans les collisions proton-proton. Il est donc compliqué d’isoler le signal de désintégration du boson de Higgs, du bruit de fond constitué par toutes les autres désintégrations. Par contre, les modes de désintégration du Higgs observés au moment de la découverte de la particule, tels que la désintégration en une paire de photons, qui sont plus rares, sont beaucoup plus faciles à repérer.

Pour extraire le signal, les collaborations ATLAS et cmS ont toutes deux combiné des données issues de la première et de la deuxième périodes d’exploitation du LHC, correspondant à des collisions à des énergies de 7, 8 et 13 TeV. Des méthodes d’analyse complexes ont ensuite été appliquées aux données. Le résultat, obtenu aussi bien par ATLAS que par cmS, est la détection de la désintégration du boson de Higgs en une paire de quarks b, avec une signification statistique supérieure à cinq écarts-types.

Les expériences continuent à se concentrer sur la particule de Higgs, qui est souvent considérée comme une porte d’accès à la nouvelle physique.

 

Parker Solar Probe en route pour le Soleil

Le 12 août dernier, la sonde Parker Solar Probe de la Nasa, a quitté Cap Canaveral à bord d’un lanceur Delta IV, en route vers le Soleil. Début octobre, elle atteindra Vénus, pour une première assistance gravitationnelle qui l’enverra sur une orbite elliptique autour de l’Astre du jour, qu’elle approchera début novembre à 24 millions de kilomètres.

Durant les sept années de la mission d’étude de la couronne solaire, il y aura six survols de Vénus et vingt-quatre rapprochements de la surface du Soleil. Au périhélie, lors des trois derniers survols, le petit engin de 685 kg sera à 6,1 millions de kilomètres du centre de notre étoile, dont le rayon est d’environ 700’000 km.

La mission a été baptisée du nom de l’astrophysicien Eugene Parker, 89 ans, professeur émérite de l’université de Chicago. Il a publié en 1958 la première recherche prédisant l’éjection de matière par le Soleil, avec une vitesse et une intensité suffisante pour affecter les planètes. C’est ce que nous appelons le vent solaire. Il a aussi donné une explication au fait que la couronne solaire est plus chaude que la surface du Soleil, ce que va étudier cette sonde de la NASA.

 

Une expérience de pointe sur les champs de sillage

Le 26 mai 2018, tôt le matin, la collaboration AWAKE au CERN est parvenue à réaliser la première accélération d’électrons au moyen d’un champ de sillage créé par des protons filant à travers un plasma. Les électrons ont été accélérés d’un facteur d’environ cent sur une distance de 10 m. Injectés dans la cellule d’AWAKE à une énergie de quelque 19 MeV, ils ont été portés à une énergie de presque 2 GeV.

Un champ de sillage est un type d’onde généré par des particules se déplaçant dans un plasma. Dans le dispositif AWAKE, des faisceaux de protons sont envoyés dans des cellules de plasma pour produire ces champs de sillage. Ceux-ci pourraient permettre de produire des gradients accélérateurs des centaines de fois plus élevés que ceux obtenus avec les cavités radiofréquence.

L’utilisation des champs de plasma n’est encore qu’au tout début de son développement, mais elle pourrait réduire drastiquement les dimensions, et donc les coûts, des accélérateurs nécessaires pour produire les collisions de haute énergie, que les physiciens utilisent pour étudier les lois fondamentales de la nature. Les futurs collisionneurs pourraient ainsi atteindre des énergies plus élevées sur des distances plus courtes que ce qui est possible actuellement.

AWAKE est une collaboration scientifique internationale constituée de dix-huit instituts. Elle compte plus de 90 ingénieurs et physiciens. Le projet AWAKE a avancé rapidement depuis son lancement. Les travaux de génie civil ont commencé en 2014 et la cellule plasma a été installée début 2016 dans le tunnel du LHC. À la fin de l’année 2017, la source d’électrons, la ligne de faisceau d’électrons et le spectromètre à électrons ont été installés auprès de l’expérience AWAKE, marquant la fin de la phase préparatoire.