18 Décembre 2017  |  Espace & Particules
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 12/2017

Espace & Particules (12/2017)

Découverte d’un astéroïde interstellaire
Les spécialistes du Minor Planet Center soupçonnent que l’astéroïde A/2017 U1, découvert le 18 octobre dernier à l’observatoire de Haleakala, dans l’île hawaïenne de Maui, viendrait de l’extérieur du Système solaire. Si cette découverte se confirme, ce serait une première dans l’histoire de l’astronomie.
D’après les observations et le calcul de l’orbite de ce petit corps de moins de 200 m de diamètre, il serait passé au plus près du Soleil le 9 septembre et il fonce actuellement à travers le Système solaire à la vitesse de 25 km/s, sur une orbite de libération, qui devrait l’éloigner à jamais de notre étoile. À ce rythme, cet astéroïde devraitrattraper les sondes Voyager dans une dizaine d’années, et échapper définitivement à l’attraction du Soleil dans dix mille ans.
Il semblerait qu’A/2017 U1 vienne de la constellation de la Lyre, où brille Véga, une étoile entourée d’un disque de poussières renfermant probablement en grand nombre, comètes et astéroïdes. Si cela se confirme, le voyage du petit corps dans la Voie lactée aura duré près de trois cent mille ans.
 
Une planète géante autour d’une petite étoile
Une équipe internationale d’astronomes a découvert, à 600 années-lumière de la Terre, une planète géante tournant autour d’une étoile deux fois plus petite que le Soleil. De la taille de Jupiter, NGTS-1b est à ce jour la plus grande planète découverte dans l’Univers lorsqu’on rapporte sa taille à celle de son étoile. Ses caractéristiques sont un défi pour les théoriciens de la formation planétaire, qui pensaient que seules de petites planètes pouvaient se former autour de petites étoiles. Cette planète géante a été révélée par le nouvel instrument NGTS (Next Generation Transit Survey), mis au point par un consortium dont fait partie l’Université de Genève et installé sur le site de l’observatoire européen du Cerro Paranal, au Chili.
 
Toujours aucune trace de matière noire
Dans leur quête de particules de matière noire, les expériences Xenon 1T en Italie et PandaX-II en Chine n’ont toujours trouvé aucune trace de WIMPS, (acronyme anglais pour Weakly Interacting Massive Particles), ces particules hypothétiques - d’une masse de l’ordre de celle d’un noyau atomique- qui, en interagissent très faiblement avec la matière ordinaire, en font un candidat crédible pour la matière noire.
Ces deux expériences appliquent le même principe: utiliser de grandes quantités de xénon liquide (3,3 t pour Xenon 1T et 500 kg pour PandaX-II) pour piéger un WIMP et détecter le signal lumineux émis lors de la collision. Les cuves de xénon installées dans des profondeurs souterraines pour réduire le bruit de fond, n’ont pas détecté le moindre événement imputable à des particules de matière noire.
 
Un nouveau type d’interaction entre neutrinos et atomes
Une équipe de chercheurs de l’université de Chicago est parvenue à détecter des interactions de neutrinos encore jamais observées, à l’aide d’un instrument de 14,5 kg seulement. Cette découverte vient confirmer une prédiction faite il y a plus de 40 ans par le physicien américain Daniel ­Freedman, qui avait proposé de mesurer l’interaction d’un neutrino de faible énergie avec un noyau atomique, un phénomène dit de diffusion élastique cohérente.
Lors de la collision, le neutrino fait légèrement reculer le noyau, qui émet ensuite des photons. Pour mesurer ce très faible recul, les physiciens ont installé leur détecteur dans une salle souterraine, tout près de la source de neutrons du laboratoire national américain d’Oak Ridge. Cette source engendre un flux important de neutrinos comme sous-produit.
Le détecteur utilisé est composé de cristaux d’iodure de césium, deux éléments dont les noyaux atomiques sont suffisamment gros pour être facilement percutés par les neutrinos, mais assez légers pour que leur recul après l’impact soit détectable sous forme de photons. Des appareils portables de ce type pourraient permettre de surveiller à distance l’émission de neutrinos par le cœur de réacteurs nucléaires et, par exemple, repérer la production clandestine de combustible destiné à des bombes nucléaires.
 
CERN: le bilan de l’année
Le 10 novembre, les derniers faisceaux de 2017 de l’exploitation du Grand collisionneur de hadrons avec des protons ont circulé dans le LHC.  Comme chaque année, la campagne se termine par un bilan de la luminosité, l’indicateur que les opérateurs scrutent en permanence et qui permet de mesurer l’efficacité d’un collisionneur.
Le LHC a ainsi largement dépassé l’objectif qui lui était fixé. Il a fourni aux expériences ATLAS et CMS, 50 femtobarns inverses de données, soit 5 millions de milliards de collisions. Le femtobarn inverse (fb-1) est l’unité utilisée pour mesurer la luminosité intégrée, c’est à dire le nombre de collisions potentielles cumulées sur une période donnée.
Par ailleurs, les opérateurs ont optimisé, au cours de l’année, les paramètres de l’exploitation. Grâce à un nouveau système, ils ont réduit la taille des faisceaux au moment où ils se croisent au centre des expériences. Plus les faisceaux sont resserrés, plus grand est le nombre de collisions à chaque croisement. L’an passé, les opérateurs étaient parvenus à obtenir 40 collisions à chaque croisement de paquets, sachant que chaque paquet contient 100 milliards de particules. En 2017, jusqu’à 60 collisions se sont produites à chaque croisement. Ces améliorations ont permis de pulvériser le record de luminosité instantanée, qui a atteint 2,06 x 1034 cm-2s-1, soit deux fois la valeur nominale. La luminosité instantanée correspond au nombre potentiel de collisions par seconde.
Après le 10 novembre, le LHC a continué de fonctionner pendant deux semaines pour deux exploitations spéciales et une semaine d’études de fonctionnement. La première exploitation spéciale a consisté à effectuer des collisions de protons à une énergie de 5,02 TeV (contre 13 TeV en régime de croisière). Cette énergie correspond à celle prévue pour l’exploitation avec des ions de plomb l’an prochain. Les physiciens peuvent ainsi récolter des données avec des protons qu’ils pourront comparer à celles avec des ions de plomb.
La deuxième exploitation spéciale, à très faible luminosité, était destinée aux expériences TOTEMet ATLAS/ALFA, qui exploitent des détecteurs situés de part et d’autre des deux grands instruments CMS et ATLAS. Ces expériences étudient les interactions appelées diffusions élastiques, lorsque deux protons interagissent sans entrer en collision, se contentant de changer légèrement de trajectoire.


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