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Les cristaux souterrains, des détecteurs de matière noire potentiels
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Les cristaux souterrains, des détecteurs de matière noire potentiels

Des minéraux cachés dans les profondeurs de la Terre portent peut-être la marque de collisions avec la matière noire – cette substance de nature inconnue qui, selon les cosmologistes, constituerait la majeure partie de la matière totale de l’Univers. Les expériences pour observer ces traces pourraient concurrencer ou compléter les efforts en cours pour détecter directement la matière noire.

Les scientifiques, à l’aide de détecteurs élaborés, ensevelis profondément sous le sol, cherchent des signes de présence de matière noire depuis des décennies. Récemment, la physicienne Katherine Freese et ses collègues de l’université du Michigan, à Ann Arbor, ont suggéré que l'on pourrait utiliser certains minéraux tels que la halite (nommée plus couramment sel gemme, et composée de chlorure de sodium NaCl) ou la zabuyelite (carbonate de lithium, de formule Li2CO3) comme détecteurs « prêts à l’emploi ».

Les astronomes détectent l’influence gravitationnelle de la matière noire en analysant le mouvement des galaxies et des amas galactiques, mais ils ne sont jamais parvenus à l’observer directement. L’hypothèse la plus répandue est que la matière noire est constituée de particules massives (des WIMPS, acronyme de Weakly Interacting Massive Particles) qui n’interagissent avec la matière « ordinaire » quasiment que par le biais de la gravité.

La détection directe de la matière noire tente de repérer les faibles effets de collisions entre les wimps et les noyaux des atomes de matériaux tels que le germanium, le silicone ou l’iodure de sodium, contenus dans un détecteur.

De telles expériences doivent être réalisées profondément sous terre, pour échapper aux rayons cosmiques qui bombardent la surface terrestre. Ces particules énergétiques peuvent elles aussi laisser de faibles traces dans le matériau du détecteur, ce qui brouillerait tout signal potentiel de matière noire. Pour l’instant, une seule expérience, DAMA/LIBRA au laboratoire national du Gran Sasso, en Italie, prétend avoir détecté de la matière noire, mais cette allégation n’a pas été vérifiée.

Creuser très profond

Katherine Freese et ses collègues font remarquer que la halite et la zabuyelite sont enfouies profondément dans la croûte terrestre, et sont donc protégées des rayons cosmiques. D’après l’étude menée par l’équipe, publiée le mois dernier sur le serveur de prépublications arXiv, si un wimp entrait en collision avec le noyau d’un atome (de sodium ou de chlore par exemple), le recul de ce dernier laisserait dans le minéral une trace d’une longueur allant de 1 à 1 000 nanomètres.

Une expérience consisterait à extraire ces minéraux – vieux de 500 millions d’années environ – à partir de puits de forage de plusieurs kilomètres de long. Ces puits existent déjà pour des études géologiques ou pour la prospection d’hydrocarbures. Les physiciens fendraient ces roches extraites des puits, pour analyser leurs surfaces à l’aide d’un microscope électronique ou à force atomique, et repérer les traces laissées par le recul des noyaux. Ils pourraient également utiliser des scanners 3D à rayons X ou ultraviolets, afin d’étudier plus rapidement de plus gros fragments de minéraux, mais avec une résolution plus faible.

Des collisions potentielles avec les wimps devraient créer des signatures différentes selon les éléments de chaque minéral, et fournir ainsi différentes sources d’informations. « Par exemple, le chlorure de sodium est composé à la fois de sodium et de chlore, ce qui donne de multiples signaux pour un seul minéral », affirme Katherine Freese. « Si l'on trouve effectivement des signaux provenant de wimps, alors il sera possible de déterminer de quelle sorte de wimp il s’agit, grâce à sa diffusion à travers le sodium et le chlore. »

Une identité potentiellement fausse

C’est une idée très prometteuse, s’enthousiasme Dan Hooper, physicien au Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) situé à Batavia, dans l’Illinois. « Bien qu’il y ait encore de nombreux points à revoir avant qu’un tel programme de recherche soit mis en œuvre, je ne vois rien qui pourrait empêcher son succès, au moins sur le principe ».

D’autres chercheurs restent plus prudents, comme Juan Collar, de l’université de Chicago. Au milieu des années 1990, les physiciens avaient pensé au mica pour des recherches similaires de traces laissées par la matière noire. Mais les travaux de Juan Collar qui suivirent ont montré que la radioactivité de l’uranium peut créer dans le mica des traces impossibles à distinguer de celles laissées par les wimps. Il craint le même sort pour la proposition de Katherine Freese.  

« Ce problème ne se limite pas qu’au mica, mais concerne tous les minéraux qui contiennent naturellement de l’uranium et du thorium », poursuit-il. « Katherine Freese et ses collègues trouveront peut-être des minéraux où ces traces sont moins visibles, mais je pense que pour l’instant, leurs affirmations sont trop optimistes ».

Katherine Freese reconnaît que l’uranium pose problème. Mais elle et son équipe ne savent pas encore si les minéraux étudiés contiendront eux-aussi de l’uranium ou du thorium. Elle ajoute qu’il serait possible d’identifier le signal caractéristique d’une bouffée de radioactivité, et de l’ignorer. « Il faut en tout cas le faire, et tenter d’en savoir plus », conclut-elle.  


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock/Vladislav Gajic

Certains minéraux comme la halite (cristal translucide), enfouis profondément dans la croûte terrestre, pourraient porter la trace d’interactions avec la matière noire.

Les cristaux souterrains, des détecteurs de matière noire potentiels Actualités

Les cristaux souterrains, des détecteurs de matière noire potentiels

Des minéraux cachés dans les profondeurs de la Terre portent peut-être la marque de collisions avec la matière noire – cette substance de nature inconnue qui, selon les cosmologistes, constituerait la majeure partie de la matière totale de l’Univers. Les expériences pour observer ces traces pourraient concurrencer ou compléter les efforts en cours pour détecter directement la matière noire.

Les scientifiques, à l’aide de détecteurs élaborés, ensevelis profondément sous le sol, cherchent des signes de présence de matière noire depuis des décennies. Récemment, la physicienne Katherine Freese et ses collègues de l’université du Michigan, à Ann Arbor, ont suggéré que l'on pourrait utiliser certains minéraux tels que la halite (nommée plus couramment sel gemme, et composée de chlorure de sodium NaCl) ou la zabuyelite (carbonate de lithium, de formule Li2CO3) comme détecteurs « prêts à l’emploi ».

Les astronomes détectent l’influence gravitationnelle de la matière noire en analysant le mouvement des galaxies et des amas galactiques, mais ils ne sont jamais parvenus à l’observer directement. L’hypothèse la plus répandue est que la matière noire est constituée de particules massives (des WIMPS, acronyme de Weakly Interacting Massive Particles) qui n’interagissent avec la matière « ordinaire » quasiment que par le biais de la gravité.

La détection directe de la matière noire tente de repérer les faibles effets de collisions entre les wimps et les noyaux des atomes de matériaux tels que le germanium, le silicone ou l’iodure de sodium, contenus dans un détecteur.

De telles expériences doivent être réalisées profondément sous terre, pour échapper aux rayons cosmiques qui bombardent la surface terrestre. Ces particules énergétiques peuvent elles aussi laisser de faibles traces dans le matériau du détecteur, ce qui brouillerait tout signal potentiel de matière noire. Pour l’instant, une seule expérience, DAMA/LIBRA au laboratoire national du Gran Sasso, en Italie, prétend avoir détecté de la matière noire, mais cette allégation n’a pas été vérifiée.

Creuser très profond

Katherine Freese et ses collègues font remarquer que la halite et la zabuyelite sont enfouies profondément dans la croûte terrestre, et sont donc protégées des rayons cosmiques. D’après l’étude menée par l’équipe, publiée le mois dernier sur le serveur de prépublications arXiv, si un wimp entrait en collision avec le noyau d’un atome (de sodium ou de chlore par exemple), le recul de ce dernier laisserait dans le minéral une trace d’une longueur allant de 1 à 1 000 nanomètres.

Une expérience consisterait à extraire ces minéraux – vieux de 500 millions d’années environ – à partir de puits de forage de plusieurs kilomètres de long. Ces puits existent déjà pour des études géologiques ou pour la prospection d’hydrocarbures. Les physiciens fendraient ces roches extraites des puits, pour analyser leurs surfaces à l’aide d’un microscope électronique ou à force atomique, et repérer les traces laissées par le recul des noyaux. Ils pourraient également utiliser des scanners 3D à rayons X ou ultraviolets, afin d’étudier plus rapidement de plus gros fragments de minéraux, mais avec une résolution plus faible.

Des collisions potentielles avec les wimps devraient créer des signatures différentes selon les éléments de chaque minéral, et fournir ainsi différentes sources d’informations. « Par exemple, le chlorure de sodium est composé à la fois de sodium et de chlore, ce qui donne de multiples signaux pour un seul minéral », affirme Katherine Freese. « Si l'on trouve effectivement des signaux provenant de wimps, alors il sera possible de déterminer de quelle sorte de wimp il s’agit, grâce à sa diffusion à travers le sodium et le chlore. »

Une identité potentiellement fausse

C’est une idée très prometteuse, s’enthousiasme Dan Hooper, physicien au Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory) situé à Batavia, dans l’Illinois. « Bien qu’il y ait encore de nombreux points à revoir avant qu’un tel programme de recherche soit mis en œuvre, je ne vois rien qui pourrait empêcher son succès, au moins sur le principe ».

D’autres chercheurs restent plus prudents, comme Juan Collar, de l’université de Chicago. Au milieu des années 1990, les physiciens avaient pensé au mica pour des recherches similaires de traces laissées par la matière noire. Mais les travaux de Juan Collar qui suivirent ont montré que la radioactivité de l’uranium peut créer dans le mica des traces impossibles à distinguer de celles laissées par les wimps. Il craint le même sort pour la proposition de Katherine Freese.  

« Ce problème ne se limite pas qu’au mica, mais concerne tous les minéraux qui contiennent naturellement de l’uranium et du thorium », poursuit-il. « Katherine Freese et ses collègues trouveront peut-être des minéraux où ces traces sont moins visibles, mais je pense que pour l’instant, leurs affirmations sont trop optimistes ».

Katherine Freese reconnaît que l’uranium pose problème. Mais elle et son équipe ne savent pas encore si les minéraux étudiés contiendront eux-aussi de l’uranium ou du thorium. Elle ajoute qu’il serait possible d’identifier le signal caractéristique d’une bouffée de radioactivité, et de l’ignorer. « Il faut en tout cas le faire, et tenter d’en savoir plus », conclut-elle.  


Source : Pour la science
Crédit : Shutterstock/Vladislav Gajic

Certains minéraux comme la halite (cristal translucide), enfouis profondément dans la croûte terrestre, pourraient porter la trace d’interactions avec la matière noire.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 21 septembre

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE"
 
Après 10 années de recherches, et à travers plus de 150 objets archéologiques, l'exposition présente les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale et détaille les activités et les métiers qui se développaient au sein de ce port. 

Musée Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

15 - Cantal

►Juillet & août

ANIMATIONS
MAISON DE LA SALERS

Des animations sont proposées les mardis après-midi en juillet et août, sans oublier l'incontournable Festi'Vache, le mercredi 13 août ! 

Maison de la Salers
Domaine du Fau 
15140 Saint-Bonnet-de-Salers
04 71 40 54 00
www.maisondelasalers.fr

17 - Charente Maritime

►En juin

RENDEZ-VOUS EN TERRES PRÉHISTORIQUES
"LES ATELIERS DU MOIS"

Participez à nos ateliers participatifs et plongez-vous dans l’univers fascinant des archéologues et de nos ancêtres. Dimanche 8 : allumer le feu / Lundi 9 : à la mode préhistorique / Samedi 14 : fouilles archéologiques / Dimanche 15 : atelier post-fouilles / Dimanche 22 : art préhistorique / Dimanche 29 : chasse préhistorique.

Le Paléosite
Route de la Montée Verte 
17770 Saint-Césaire
05 46 97 90 90
https://paleosite.fr

2B - Haute-Corse

►Le 21 juin

"ATELIER DE PEINTURE VÉGÉTALE"
PARC DE SALECCIA

Découvrez quelques plantes du parc et plantes sauvages, fabriquez vos aquarelles végétales avec une large gamme de couleurs et profitez d’un temps pour peindre avec les couleurs naturelles que vous aurez créées.
Informations et inscriptions au 07 68 83 07 79 ou kurcubitace@gmail.com. Tarif : 30 €/adulte, 20 € par enfant (accompagné d’un adulte). Sur réservation.

Parc de Saleccia
Lieu dit Saleccia
Route de Bastia 
20220 Ile-Rousse
04 95 36 88 83
www.parc-saleccia.fr

25 - Doubs

►Du 10 juillet au 23 août

LES NUITS DE LA SALINE"

Cet été, la Saline royale vous propose des soirées uniques incluant une visite de l'exposition Corto Maltese, un dîner (ou pique-nique libre dans le parc) et un spectacle avec des projections monumentales dans le Centre de Lumières pour s'immerger dans l'univers de Hugo Pratt.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

►Jusqu'au 19 octobre

FESTIVAL DES JARDINS
"L'ÉCOLE BUISSONNIÈRE"

Petits et grands, découvrez un havre de liberté verdoyant et vivez une belle aventure ! En explorateurs, traversez des ponts, des tunnels, croisez la libellule géante, cachez vous dans les cabanes et grimpez en haut du belvédère pour une vue imprenable sur les jardins.

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

30 - Gard

►Le 21 juin

"FÊTE DE LA MUSIQUE À LA GROTTE"
GROTTE DE LA SALAMANDRE

À 15h, retrouvez Thoma’s Project pour un moment Jazz Electro sur la terrasse, en plein air. Puis à 16h30, la Chorale Mélodie Cèze prendra le relais dans la Grotte, avant de continuer en extérieur pour prolonger le plaisir en terrasse.

Grotte de la Salamandre
30430 Méjannes le Clap
04 66 600 600
www.grottedelasalamandre.com

131 - Haute-Garonne

►Du 11 juillet au 22 août

"CINÉMA EN PLEIN AIR AU MILIEU DES AVIONS"

Le musée Aeroscopia, en partenariat avec le CGR de Blagnac, lance la première édition du ciné’scopia. Un événement estival inédit mêlant projections de films, patrimoine aéronautique et ambiance festive. Quatre soirées de projection sont programmées sur un des tarmacs du musée, en plein cœur d’un décor exceptionnel formé par le Concorde, la Caravelle, le Transall et le Falcon.

Musée Aeroscopia
1 allée André Turcat
31700 Blagnac
https://www.aeroscopia.fr

38 - Isère

►Le 22 juin 

ENSEMBLE VOCAL LES CONTEMPOR'ELLES
"DE SOUFFLE ET DE VENT..."
 
L’ensemble vocal Les Contempor'Elles est composé de huit chanteuses qui aiment explorer et partager un répertoire contemporain audacieux, de plus en plus souvent écrit pour elles, qui, poétique, traverse les frontières et les spiritualités diverses. Dimanche 22 à 16h.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

42 - Loire

►Le 13 juin

FILM DES 48H DE LA CRÉATION TEXTILE

Le musée du tissage et de la soierie vous propose de (re) découvrir le film réalisé par le Caméra Photo-Club de Feurs pendant la 5ème édition des "48h de la création textile". Emotions garanties !

Musée du Tissage et de la Soierie
125 place Vaucanson
42510 Bussières
04 77 27 33 95
www.museedutissage.com

52 - Haute-Marne

►Jusqu'au 21 septembre

EXPOSITION
"AOTEAROA NOUVELLE-ZÉLANDE, LES PROTECTEURS DE L’ARCHE PERDUE"

Sabine Bernert vous guidera à la rencontre du rare Kakapo, ce perroquet nocturne au bord de l’extinction, de l’étonnant Kiwi et du mystérieux Tuatara, un reptile aux origines préhistoriques. À travers des récits émouvants et des témoignages inspirants, découvrez le combat quotidien de leurs protecteurs dévoués, déterminés à préserver ces trésors uniques. Un voyage entre légendes et réalités.

Musée de Saint-Dizier
17 rue de la Victoire 
52100 Saint-Dizier
03 25 07 31 50
www.saint-dizier.fr

62 - Pas-de-Calais

►Du 25 juin au 27 juillet

EXPOSITION
"BOULAZ "ENTRE POP ART ET STREET ART"

Une nouvelle exposition dédiée à la Pop Culture et au Street Art débarque au musée Danvin. Du 25 juin au 27 juillet, l’artiste Boulaz vous propose de vous plonger dans son univers coloré et vibrant.

Musée municipal Bruno Danvin
Rue Oscar Ricque
62130 Saint-Pol-sur-Ternoise
07 89 08 15 64 
www.saintpolsurternoise.fr

63 - Puy de Dôme

►Jusqu''au 1er mars 2026

EXPOSITION 
"LE MOBILIER BIJOU" DE GUILLAUME PIÉCHAUD"

Le musée Mandet a le plaisir de vous inviter à découvrir l’importante rétrospective de ce sculpteur-designer unique qui regroupe un ensemble inédit d’œuvres et d’objets personnels retraçant son riche parcours, des ateliers de bijouteries à la confection de mobilier monumental.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville
63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/decouvrir/musees/musee-mandet-1

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 2 novembre

EXPOSITION
"RENÉ LALIQUE, ARCHITECTE ET DÉCORATEUR"

En 1925 a eu lieu l'Exposition des Arts décoratifs et industriels modernes à Paris. René Lalique a participé à ce rendez-vous exceptionnel. L'exposition fait la part belle à la mise en contexte au travers de photographies en grand format ainsi que de documents d'époque et d'éléments de décor en verre qui permettent de se replonger dans le passé.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Les 5 et 6 juillet & 2 et 3 août

ANIMATIONS
"SUR LES TRACES DU PASSÉ"

Le Vaisseau vous donne rendez-vous pour deux week-ends exceptionnels placés sous le signe de la découverte ! Petit déjeuner préhistorique et musical, spectacle, film ou rencontre… 
Venez explorer le passé grâce à des animations inédites tout au long de l'été.

Le Vaisseau
1 bis rue Philippe Dollinger 
67100 Strasbourg
03 69 33 26 69
www.levaisseau.com

71 - Saône et Loire

►Du 9 juillet au 27 août

ANIMATIONS VACANCES
LA MAISON DU CHAROLAIS

Parcours aventure ou visite audioguidée du musée, dégustation de viande charolaise, atelier cuisine, artistique, balade dans le bocage... Il y a tant à faire pour passer du bon temps en famille. Vous pouvez dès maintenant retenir vos places pour les ateliers !

La Maison du Charolais
43 route de Mâcon (RCEA N79 sortie 12)
71120 Charolles
03 85 88 04 00
www.maison-charolais.com

75 - Paris

►Jusqu'au 31 août

EXPOSITION
"ALFRED DREYFUS. VÉRITÉ ET JUSTICE"

Le mahJ revient sur "l’Affaire" pour rappeler les grandes étapes de ce moment crucial de l’histoire de France. L'exposition révèle le combat acharné de Dreyfus pour faire éclater la vérité, corrigeant l'image d'un homme spectateur de la machination qui le conduisit à passer plus de quatre années à l'île du Diable et encore sept à lutter pour sa réhabilitation. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

►Jusqu'au 31 juillet

EXPOSITION
"CLEMENCEAU ET BERTA ZUCKERKANDL"

Le musée Clemenceau invite le public à découvrir sa nouvelle exposition-focus Clemenceau, Berta Zuckerkandl, une amitié autour de l’art entre Vienne et Paris. À cette occasion, le musée présente deux dessins de Rodin issus de ses collections ainsi qu'un portrait inédit de Sophie Clemenceau, soeur de Berta et épouse du frère de Georges, Paul, réalisé par Eugène Carrière.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 31 août 

EXPOSITION
"BATTERIES"

En contrepoint d’"Empreinte carbone, l'expo !", Batteries présente un décryptage scientifique et sociétal des technologies de stockage de l’énergie qui façonnent les mobilités du futur. Cette expo capsule explore la fabrication des batteries et leur fonctionnement, mais aussi leur impact sur l'avenir énergétique.

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

►Jusqu'au 16 novembre 

EXPOSITION
"PAULA PADANI. LA DANSE MIGRANTE : HAMBOURG, TEL-AVIV, PARIS"

L’exposition retrace le parcours méconnu de la danseuse Paula Padani (1913-2001) à travers plus de 250 photographies, affiches, documents et costumes. Par sa vision du mouvement comme force de vie, par sa capacité de rebond entre plusieurs pays et cultures, elle aura frayé de nouvelles routes pour son art et joué un rôle pionnier dans l’émergence de la danse contemporaine israélienne. 

Musée d’art et d’histoire du Judaïsme
71 rue du Temple
75001 Paris
01 53 01 86 53
www.mahj.org

80 - Somme

►Jusqu'au 21 septembre 

EXPOSITION 
"GUERRE EN JEUX"

Plongez dans un voyage à travers l’histoire de la pratique des jeux de guerre et explorez la manière dont ces jeux façonnent notre compréhension du monde et de nous-mêmes. Une exposition intergénérationnelle qui met l’accent sur l’interactivité et l’attachement au jouet. 

Historial de la Grande Guerre
Musée Péronne 
Château de Péronne - Place André Audinot
80200 Péronne
www.historial.fr

84 - Vaucluse

►Jusqu'en mars 2026

EXPOSITION
"Les VOYAGES"

L'exposition Centenaire Robert Laurent-Vibert : Les Voyages donne un aperçu de l'héritage de Laurent-Vibert à travers sa collection privée sur le thème du voyage. 

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

►Le 21 juin 

UN MUSÉE, UN JARDIN
MUSÉE VOULAND

Une invitation à découvrir le lieu et son histoire, le musée et ses collections d’arts décoratifs (avec quelques focus). Nous nous attarderons dans le jardin traversé par le Canal de Vaucluse, refuge de la Ligue pour la Protection des Oiseaux, où l’on agit pour la biodiversité. Pensez à réserver ! 04 90 86 03 79 ou musee@vouland.com

 Musée Louis Vouland
17 rue Victor-Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

92 - Hauts-de-Seine

►Jusqu'au 28 septembre

EXPOSITION
"COURBEVOIE ET SON AR(T)CHITECTURE"

Après "Faire Paysage", le cycle d'expositions "Ecrire la Ville" poursuit son exploration du patrimoine courbevoisien à travers son architecture. Appréhender cette histoire par la chronologie revient à entreprendre un cheminement au cœur des transformations urbanistiques de la ville.

Musée Roybet Fould
178 boulevard Saint-Denis
92400 Courbevoie
01 71 05 77 92
https://www.facebook.com/
museeroybetfouldofficiel

Lieux:
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