Espace & Particules (8/2019)

Un drone de la Nasa ira sur Titan

La NASA a annoncé qu’elle a décidé d’envoyer un robot sur Titan, la plus grande lune de Saturne. Dix fois plus éloignée du Soleil que la Terre, Titan, qui est plus grosse que Mercure, ressemble à la Terre primitive. Sa température moyenne est de -179 °C.

Nommée Dragonfly (libellule), cette mission décollera en 2026, pour un atterrissage prévu en 2034. Le drone explorera Titan pendant au moins deux ans, afin d’analyser les différentes parties du satellite et de rechercher d’éventuelles traces de vie.

Jusqu’à présent, seuls des atterrisseurs fixes ou des rovers ont été posés dans le Système solaire, sur Mars, Venus, la Lune ou des astéroïdes. Mais le rover américain Curiosity, le seul actuellement actif sur Mars, ne peut rouler qu’une centaine de mètres par jour, après quoi il doit recharger ses batteries. Il a parcouru 20 km en sept ans. Dragonfly devrait parcourir 175 km en moins de trois ans.

Titan possède des océans de méthane, liquide en raison de sa température. Les paysages qu’explorera Dragonfly seront multiples. Il commencera par des dunes similaires à celles de Namibie et finira au fond d’un cratère où de l’eau liquide a probablement coulé il y a longtemps. Dragonfly explorera un monde contenant une grande variété de molécules organiques, qui sont les briques de la vie et pourraient nous aider à percer son origine. Comme la Terre, Titan a une atmosphère composée majoritairement d’azote. Mais sur cet astre, il pleut du méthane et il neige des molécules organiques.

 

Des gaz quantiques supersolides

La supersolidité est un état paradoxal où la matière est à la fois cristallisée et superfluide. Prédite il y a 60 ans par le physicien théoricien Eugene Gross, une telle phase a longtemps été recherchée dans l’hélium superfluide, à des températures inférieures à 2 K. Mais il manquait une preuve de la supersolidité dans ces systèmes. Or, trois équipes de recherche indépendantes, en Allemagne, en Autriche et en Italie, ont observé des caractéristiques de cet état exotique dans des gaz atomiques ultrafroids.

Bien que jusqu’à présent, la plupart des travaux aient porté sur l’hélium, les chercheurs se sont récemment tournés vers les gaz atomiques, en particulier ceux qui présentent de fortes interactions dipolaires entre atomes. Des chercheurs autrichiens ont créé expérimentalement des états présentant les caractéristiques de la supersolidité en ajustant la force des interactions entre les particules dans des gaz quantiques d’erbium et de dysprosium. Ces travaux ont été soutenus financièrement par le Fonds scientifique autrichien FWF, l’Académie autrichienne des sciences et l’Union européenne.

 

La première liaison moléculaire créée dans l’Univers

Lorsque l’Univers était encore très jeune, seuls existaient les atomes d’hydrogène et d’hélium. Lorsqu’ils se sont combinés pour former les premières molécules, l’Univers a pu se refroidir et a commencé à prendre forme. Les scientifiques estiment que la première molécule qui s’est formée, quelque 100’000 ans après le Big Bang, était l’hydrure d’hélium (HeH⁺) et qu’elle existe toujours dans l’espace. Mais jusqu’ici, aucune recherche n’avait permis de la trouver.

Elle a finalement été découverte, au moyen de l’avion SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) de la NASA, un Boeing 747SP équipé d’un télescope infrarouge doté d’un miroir de 2,5 m de diamètre. Cet instrument a découvert de l’hydrure d’hélium dans une nébuleuse planétaire formée par la coquille de gaz d’une étoile semblable au Soleil en fin de vie, située à 3000 années-lumière dans la constellation du Cygne.

Cette découverte confirme l’hypothèse concernant la chimie de l’Univers juste après le Big Bang. Elle conforte également les théories sur son évolution jusqu’à sa complexité actuelle. Une fois les premières molécules d’hydrure d’hélium formées, l’Univers a commencé à se refroidir et les atomes d’hydrogène ont réagi avec l’hydrure d’hélium pour former de l’hydrogène moléculaire (H₂), le gaz à la base du processus menant à la naissance des étoiles. Celles-ci ont ensuite forgé, en leur cœur, presque tous les éléments chimiques qui composent l’Univers actuel.

 

De nouvelles études sur la supersymétrie

De nouvelles études menées par la collaboration ATLAS du CERN explorent des territoires inconnus à la recherche d’hypothétiques particules supersymétriques. Les expériences ont confirmé à maintes reprises le Modèle standard de la physique des particules, mais ce modèle est incomplet. Il ne peut rendre compte ni de la matière noire, ni de la faible masse du boson de Higgs, ni expliquer pourquoi les forces agissant entre les particules ne s’unifient pas à des hautes énergies.

Or, si l’on émet l’hypothèse que chaque particule possède un «superpartenaire», ces trois questions pourraient être résolues. Si de telles particules existent et ne sont pas trop massives, elles pourraient être révélées par l’étude des données des collisions de protons enregistrées par les expériences menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN.

Lors de la conférence LHCP (Large Hadron Collider Physics), qui s’est tenue du 20 au 25 mai derniers à Puebla, au Mexique, la collaboration ATLAS a rendu compte de nouvelles recherches concernant trois de ces «superpartenaires» dans des régions inexplorées de la gamme des masses. Elle a passé au crible l’ensemble des données des collisions proton-proton enregistrées pendant la deuxième période d’exploitation du LHC, qui s’est déroulée de 2015 à 2018, à la recherche d’indices indiquant la présence de staus et de higgsinos.

Le stau est le superpartenaire du tau, une version plus lourde de l’électron. La collaboration a exploré un éventail sans précédent de masses possibles pour le stau, mais n’a trouvé aucun signe de ce superpartenaire dans les données. Elle a cependant réussi à resserrer encore davantage les limites de sa masse.

La recherche d’higgsinos, quant à elle, elle s’est concentrée sur la transformation de ces particules en paires d’électrons ou de muons à très faible impulsion; tout comme le tau, le muon est une version plus lourde de l’électron. Il est très difficile d’observer des particules ayant une impulsion aussi faible, mais la collaboration a réussi à améliorer la sensibilité de la détection, identifiant des muons ayant la plus faible impulsion jamais mesurée par ATLAS. Tout comme celle des staus, cette recherche n’a révélé aucun signe d’higgsinos. Cependant, grâce à ces travaux, les limites de masse de ces hypothétiques particules ont pu être déterminées plus sûrement qu’avec les résultats obtenus auparavant par ATLAS et par le prédécesseur du LHC, le Grand collisionneur électron-positon (LEP).