Espace & Particules (5/2017)

Du nouveau sur les collisions de protons

La collaboration ALICE du CERN rapporte que les collisions de protons présentent parfois des motifs similaires à ceux observés dans les collisions de noyaux lourds. Ce comportement a été remarqué lors de l’observation de hadrons dits «étranges» dans certaines collisions de protons où un grand nombre de particules sont créées. Les hadrons étranges sont des particules bien connues, appelées kaons, lambdas, xis ou encore omégas, contenant toutes au moins un quark étrange.

Le phénomène de production accrue de particules étranges observé au CERN est une caractéristique habituelle du plasma de quarks et de gluons, un état de la matière très chaud et très dense qui existait quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, et qui est généralement recréé lors de collisions de noyaux lourds. C’est cependant la première fois que ce phénomène est observé sans la moindre ambiguïté dans de rares collisions de protons qui aboutissent à la création de nombreuses particules. Ce résultat pourrait remettre en question les modèles théoriques existants qui ne prévoient pas une telle augmentation du nombre de particules étranges dans ces événements.

La production accrue d’étrangeté est une manifestation du plasma de quarks et de gluons. L’étude de cet état de la matière fournit un moyen d’étudier les propriétés de l’interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales. Le plasma de quarks et de gluons se forme à des températures et des densités d’énergie suffisamment élevées pour que la matière ordinaire passe à une phase où les quarks et les gluons ne sont donc plus confinés dans les hadrons. Ces conditions peuvent être obtenues auprès du Grand collisionneur de hadrons, lors de collisions entre des noyaux lourds à une énergie élevée.

 

Mission terminée pour la sonde Cassini

La sonde spatiale américaine Cassini, en orbite autour de Saturne depuis 2004, est entrée dans la zone qui sépare la planète de ses anneaux, sa dernière aventure avant de se désintégrer dans l’atmosphère de la planète gazeuse géante. Cassini termine ainsi sa mission scientifique en beauté, puisqu’aucune autre sonde n’a exploré les 2400 km séparant Saturne de ses anneaux.

Cassini a effectué récemment un 127^e survol rapproché de la plus grosse lune de Saturne, Titan, où elle avait déjà découvert des océans de méthane liquide. Sur un autre de ses satellite, Encelade, elle a observé une vaste mer d’eau salée sous une surface gelée.

Les dernières orbites de Cassini permettront aux astronomes de parfaire leur compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires.         Entre les anneaux de Saturne, Cassini doit effectuer une vingtaine d’orbites avant de se désintégrer. Sa mission prendra fin le 15 septembre, lorsqu’elle aura épuisé tout son carburant.

 

Neutrinos: échec au Gran Sasso

Une expérience internationale installée au laboratoire italien du Gran Sasso n’a pas réussi à observer un événement rare qui aurait pu expliquer deux grands mystères de l’Univers: pourquoi l’antimatière a disparu et quelle est la masse des neutrinos. Les réponses étaient attendues suite à l’observation d’une réaction nucléaire très particulière: la désintégration de deux neutrons en deux protons et deux électrons, sans émission de neutrinos. Mais ce processus n’a pas pu être observé. De nouvelles expériences sont en cours.

 

Un laboratoire d’atomes froids dans l’ISS

La NASA a annoncé qu’elle enverra en août prochain un laboratoire d’atomes froids dans la Station spatiale internationale. L’expérience, baptisée CAL, (Cold Atoms Laboratory), créera un point dont la température sera d’un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu. À cette température, les atomes formeront des objets quantiques appelés condensats de Bose-Einstein. L’expérience CAL permettra d’observer leurs propriétés avec une extrême précision. 

Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister. Il correspond à l’état dans lequel l’enthalpie et l’entropie d’un gaz parfait atteignent leur valeur minimale. Cette température théorique a été déterminée en extrapolant la loi des gaz parfaits. Selon un accord international, la valeur du zéro absolu est fixée à -273,15 °C.  À des températures proches du zéro absolu, on observe des effets quantiques tels que la supraconductivité ou la superfluidité. À près d’un milliardième de degré au-dessus du zéro absolu, les atomes se déplacent non plus sous forme de particules, mais d’ondes. Un tel comportement a déjà étudié sur Terre, mais jamais dans l’espace.

La boîte qui embarquera à bord de la Station spatiale internationale contiendra des lasers, un couteau électromagnétique et une chambre à vide. En envoyant ce mini-laboratoire dans l’espace – où il serait 100 millions de fois plus froid que les espaces intersidéraux connus –, la NASA espère résoudre un des plus vieux mystères de l’Univers: l’origine de l’énergie sombre et de la matière noire, ainsi que la nature fondamentale de la gravité.

 

Des effets électrostatiques sur Titan

Une équipe chercheurs américains a peut-être expliqué un étrange phénomène observé à la surface de Titan, le plus gros satellite de Saturne: l’orientation des dunes est en contradiction avec la direction des vents dominants. Cette curiosité morphologique serait la conséquence d’un phénomène bien connu: la triboélectricité. Cet effet électrostatique résulte d’une accumulation de charges produites par frottement entre des matériaux ayant des affinités différentes pour les électrons. Mais le frottement n’est pas indispensable pour qu’il y ait transfert de charges, le contact suffit.

Grâce à une expérience de laboratoire menée dans des conditions similaires à celles de la surface de Titan, les chercheurs ont montré que les grains de sable du satellite acquièrent, par friction, une charge électrique qui augmente leur cohésion, ce qui accroît le seuil à partir duquel le vent peut les désagréger. Avec une vitesse de quelques kilomètres par heure, les vents de Titan sont incapables de modeler les dunes en déplaçant les grains de sable qui se sont agglomérés par ces effets électrostatiques.

Par ailleurs, ce phénomène préoccupe les ingénieurs, car il est favorisé par la sécheresse qui règne sur la Lune et sur Mars. Ainsi, les poussières lunaires abrasives ont beaucoup gêné l’activité des astronautes, tandis que les poussières martiennes adhèrent aux panneaux solaires des rovers qui arpentent la surface de la planète rouge.