25 Septembre 2017  |  Espace & Particules
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 09/2017

Espace & Particules (9/2017)

Un laser superpuissant pour sonder l’infiniment petit
Une cérémonie officielle a marqué l’inauguration, le 1er septembre, du laser à électrons libres à rayons X (XFEL) européen à Hambourg-Schenefeld. Cette installation destinée à sonder l’infiniment petit, permettra des percées scientifiques en décortiquant le fonctionnement d’atomes, de virus ou de processus chimiques.
L’installation, qui comprend 3,4 km de tunnels, générera 27’000 flashs de rayons X ultracourts, de 100 fs et d’une intensité un milliard de fois plus élevée que celle des meilleures sources de rayons X conventionnelles. Elle produira ainsi des instantanés très rapides des mouvements atomiques et moléculaires, avec un niveau de détail sans précédent, ce qui ouvrira aux chercheurs ainsi qu’à l’industrie, des perspectives de recherche entièrement nouvelles pour la mise en images de processus électroniques, chimiques et biologiques.
L’installation XFEL est alimentée par l’accélérateur linéaire supraconducteur le plus long et le plus avancé jamais construit. Long de 1,4 km, ce linac comprend des cavités radiofréquence supraconductrices grâce auxquelles il peut accélérer les électrons pour les porter à une énergie de 17,5 GeV. Cette réalisation, qui vient s’ajouter à d’autres grands linac à électrons libres à rayons X aux États-Unis (LCLS) et au Japon (SACLA), représente l’aboutissement d’un effort mondial.
 
La fin de Cassini
Après plus de treize ans de bons et loyaux services, la sonde spatiale Cassini a terminé sa mission le 15 septembre en plongeant à la vitesse de 110’000 km/h à travers les célèbres anneaux de Saturne, pour se consumer dans l’atmosphère de la planète, à 1,4 milliard de kilomètres de la Terre. Cet épisode a marqué la fin d’une mission qui aura donné au monde des découvertes incroyables, comme les changements climatiques sur Saturne, son satellite Titan ressemblant à une Terre primordiale, ainsi qu’un océan sur Encelade avec des plumeaux de glace s’échappant de sa surface.
Ce plongeon dans Saturne a été décidé par l’ESA et la NASA pour se débarrasser proprement de la sonde de façon à se conformer aux règles de la protection planétaire,qui stipulent de ne pas contaminer d’autres mondes d’une façon qui compromettrait de futures études scientifiques sur d’éventuelles traces de vie.
 
Première observation de la structure hyperfine de l’antihydrogène
L’expérience Alpha du CERN vient de montrer une similarité entre les structures atomiques de l’hydrogène et de l’antihydrogène. Cette similarité concerne également les niveaux d’énergie qui sont très proches. Ces niveaux d’énergie sont spécifiques à chaque élément. Si les physiciens se doutaient depuis 2016 de la très grande similarité entre la matière et l’antimatière, ils sont toujours à la recherche d’une infime différence qui pourrait fournir un indice sur la raison de la disparition de l’antimatière de l’Univers.
 
Hubble surveille la route des sondes Voyager
Alors que les deux sondes Voyager de la NASA commencent leur voyage à l’extérieur du Système solaire, le télescope spatial Hubble a été pointé sur leur trajectoire. Les sondes Voyager vont continuer pendant environ dix ans à transmettre des informations vers la Terre, avant de tomber en panne d’électricité. Mais les observations effectuées par Hubble permettront d’analyser l’environnement traversé par ces sondes.
Une analyse préliminaire des observations d’Hubble révèle une écologie riche et complexe de l’espace interstellaire. Cet espace contient plusieurs nuages d’hydrogène ainsi que d’autres éléments. Les données d’Hubble combinées avec celles des Voyager, donnent également des indices sur la manière dont le Soleil voyage dans l’espace interstellaire. Les sondes Voyager échantillonnent des petites régions à une vitesse de 61’000 km/h. Les astronomes espèrent que les observations d’Hubble permettront de déterminer les propriétés physiques de l’espace interstellaire visité, notamment les champs magnétiques et les rayons cosmiques. Hubble va compléter les observations en cartographiant les trajectoires des sondes.
Voyager 1, qui est l’objet le plus lointain construit par l’homme, se trouve actuellement à quelque 20 milliards de kilomètres de la Terre. Dans un futur très lointain, il va passer à côté de l’étoile Gliese 445dans la constellation de la Girafe. Voyager 2se trouve environ 16 milliards de kilomètres de la Terre et va passer, dans 40’000 ans à côté de l’étoile Ross 248, une naine rouge située à dix années-lumière de notre planète.
 
Un nouveau composé de l’hélium
L’hélium, le plus léger des gaz rares, chimiquement inerte dans des conditions normales, s’enrichit d’un nouveau composé. Une équipe internationale de l’université Stony Brook aux États-Unis, annonce avoir mis en évidence deux molécules stables comprenant un atome d’hélium et deux atomes de sodium, à des pressions pouvant atteindre dix millions d’atmosphères. Prédite par le supercalculateur Tianhe-2, cette nouvelle molécule Na2He se formerait au-dessus de 160 GPa. Sa structure, qui serait semblable à celle de la fluorine (CaF2), a été confirmée expérimentalement dans une cellule à enclumes de diamant. Elle pourrait se former de manière naturelle dans des planètes géantes, comme Jupiter.
Ces dernières décennies, les physiciens et les chimistes ont mis en évidence plusieurs molécules contenant de l’hélium. Le composé HeH+ est stable, mais seulement lorsqu’il est ionisé. D’autres, tels que HHeF ou LiHe, sont métastables. Il existe aussi des composés dits de van der Waals, tels que NeHe, dont les atomes sont reliés par des interactions très faibles.
L’hélium est le deuxième élément le plus abondant dans l’Univers, après l’hydrogène. Responsable de la formation des étoiles et des planètes géantes, il pourrait suivre des règles très différentes dans l’espace, mais aussi sous de très hautes pressions, comme celles enregistrées au centre de la Terre. Cette découverte soulève de grandes questions sur la chimie actuelle et la façon dont les éléments se comportent au-delà du monde que nous connaissons. 
 
Des diamants dans les planètes géantes
Des expériences réalisées dans le domaine de la physique des hautes pressions confirment qu’il y aurait des diamants dans les planètes géantes comme Neptune ou Uranus. Depuis des décennies, expériences et calculs suggéraient que, dans ces géantes, à plus de 10’000 km de profondeur, le méthane subissait une transformation conduisant à la synthèse de diamants. Une démonstration de ce phénomène vient d’être apportée en comprimant un polymère à hautes pressions et hautes températures à l’aide d’un laser.


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