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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 . . .


04 - Alpes de Haute-Provence

Du 2 février au 15 décembre

EXPOSITION
"BIENVENUE CHEZ LES PREHISTOS"

Cette exposition fait découvrir aux visiteurs la vie quotidienne préhistorique de la famille Préhistos à travers une mise en scène immersive et originale.

Musée de Préhistoire des Gorges du Verdon
Route de Montmeyan
04500 Quinson
04 92 74 09 59
www.museeprehistoire.com


De février à avril 2023

EXPOSITION
"HABITER, HABITATS, HABITANTS"

Quels impacts les mutations urbaines du XXe siècle ont-elles eu sur les formes d’habiter dans un territoire marqué par la ruralité ? Etalement urbain, lotissements, éco-construction, chantiers et habitats participatifs… autant de thèmes qui sont abordés dans cette exposition qui donne la parole aux habitants.

Musée de Salagon
04300 Mane
04 92 75 70 50
www.musee-de-salagon.com


De mars à mai

"BALADE ARCHEOLOGIQUE"

Les 1ers dimanches de chaque mois de mars à décembre (6 mars, 3 avril, 1 mai). Découvrez l'histoire du bâtiment, ses utilisations au fil du temps et la vie du musée en visitant les espaces ordinairement fermés au public. Sur inscription

Musée de Salagon
04300 Mane
04 92 75 70 50
www.musee-de-salagon.com


11 - Aude

Du 26 au 29 mai

EXPOSITION
"ARTISTES A SUIVRE"

Le musée accueille l'artiste Cécile Noyalet, photographe.
Exceptionnellement, le musée vous offre une visite guidée. À ne pas manquer !

Musée du Quercorb
6 rue Barry du Lion
11230 Puivert
09 67 27 81 51
www.museequercorb.com


20 avril au 15 novembre

EXPOSITION
“MASCULIN - FÉMININ”

Les délicates mais monumentales silhouettes de marbre du sculpteur Christian Jacques ont pris la pose au belvédère de Rennes le Château. L’exposition “Masculin - Féminin” vous invite à ressentir les énergies féminines et amoureuses au plus haut point de vue. Cette alliance entre l’art et l’élégance face au panorama est à apprécier du 20 avril au 15 novembre 2022. Gratuit.

Belvédère de Rennes le Château
04 68 74 05 84
www.rennes-le-chateau.fr


Les 7, 26 & 28 mai

VISITES GUIDÉES
DOMAINE ET MUSÉE DE L’ABBÉ SAUNIÈRE

Plongez dans l’univers d’un prêtre singulier, le curé aux milliards!
Rendez-vous au musée domaine de l’abbé Saunière à 15h.

Domaine et musée de l’abbé Saunière
Rue de l’église
11190 Rennes-le-Château
04 68 31 38 85
www.rennes-le-chateau.fr


21 - Côte d'Or

Du 2 avril au 31 décembre

EXPOSITION
"MIAM ! JE MANGE DONC JE SUIS"

Quels sont les impacts environnementaux liés à la production des ressources nécessaires pour nourrir l’humanité d’aujourd’hui et celle de demain ? Et si nous consommions la nature autrement ?
Une déclinaison de l’exposition conçue par le Musée de l’Homme/Muséum national d’Histoire naturelle.

Jardin de l'Arquebuse
1 avenue Albert 1er & 14 rue Jehan de Marville
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


23 - Creuse

Le 28 mai

JOURNÉE MÉDIÉVALE

Dans le décor de la Fresque de Bridiers, au milieu d’un marché de producteurs et d’artisans, la troupe des Faydits d’Oc, toujours fidèle avec son répertoire médiéval à la fois poétique et réaliste, vous invitera à découvrir des spectacles vivants de combats, danses, jongleries… où se côtoient, au sein d’un campement médiéval, chevaliers, magiciens et bouffons.

Parc Animalier des Monts de Guéret
Forêt de Chabrières
23000 Sainte-feyre
05 55 81 23 23
www.loups-chabrieres.com


Les mardis du 19 juillet au 16 août

FESTIVAL DES "CONTES SORTILÈGES DE LA PLEINE LUNE"

Balades contées, ensorcelantes ou légendaires, organisées par l'Office de Tourisme du Grand Guéret, les mardis soir du 19 juillet au 16 août 2022.
Sur réservation.

Parc Animalier des Monts de Guéret
Forêt de Chabrières
23000 Sainte-feyre
05 55 81 23 23
www.loups-chabrieres.com


25 - Doubs

Du 7 mai au 15 janvier 2023

EXPOSITION
"CHARLES BELLE, PEINDRE"

Charles Belle est un peintre français dont l’œuvre est reconnue pour son approche de la représentation des éléments de la nature dans des formats souvent monumentaux.
Il aborde les sujets tantôt avec un réalisme tendre et profond, tantôt dans une gestuelle intense et sensuelle.

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


34 - Hérault

Du 30 avril au 28 août

EXPOSITION DE PHOTOGRAPHIES
"ERIC BOURRET - TERRES"

Dans ses images, Éric Bourret exprime les transformations sensorielles et physiques profondes que provoque la marche. En désintégrant la structure de l’image initiale, il crée une autre réalité, mouvante et sensible.
Son œuvre d’« artiste marcheur », s’inscrit dans la lignée des Land-Artists Anglais et des photographes-arpenteurs de paysages.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


Du 24 septembre au 19 mars 2023

EXPOSITION
"PAYSAGES DE COROT À SIMA"

Découvrez près de deux siècles d’art, deux siècles de perception de la nature, et deux siècles de vues à couper le souffle.
Des côtes de Normandie aux forêts du sud de la France, des terres alsaciennes aux pins des landes, découvrez notre pays à travers le regard des plus grands artistes des siècles derniers.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr


35 - Ille et Vilaine

Du 12 au 15 mai

"TOPIAIRES, L’ART ET LA MANIÈRE"
14ème édition

Cette manifestation unique permettra au public d’assister à différentes démonstrations de taille de topiaires en direct dans les jardins de la Ballue.
Trois jardiniers du château présenteront leur savoir-faire et les différentes techniques utilisées pour tailler et sculpter les végétaux.

Jardins du château de la Ballue
35560 Bazouges-la-Pérouse
02 99 97 47 86
www.laballuejardin.com


45 - Loiret

Le 11 juin

"LES INSECTES UTILES AUX JARDINIERS"

L’Arboretum des Grandes Bruyères est depuis toujours entretenu sans aucun produit chimique de synthèse.
Pendant cette journée en partenariat avec le Laboratoire d’Eco-entomologie d’Orléans, initiez-vous au jardinage avec les insectes. 

Arboretum des Grandes Bruyères
45450 Ingrannes
02 38 57 28 24
www.arboretumdesgrandesbruyeres.fr


64 - Pyrénées atlantiques

Les 21 et 22 mai

FÊTE DE LA NATURE
"ESCAPADE VÉGÉTALE AU PARC’OURS"

A l'occasion de la Fête de la Nature le parc vous ouvre ses portes. Enfants comme les adultes, pourront participer à une chasse aux plantes, à un atelier création d’empreintes végétales et à un quizz floral.
Il vous sera possible d’assister aux nourrissages de nos ours, de nos furets, de nos alpagas, etc.
De plus, vous pourrez pique-niquer dans notre parc afin de profiter au mieux de votre week-end.

Association Parc'Ours
Espace animalier
64490 Borce
www.parc-ours.fr
05 59 34 89 33


71 - Saône et Loire

Du 9 avril au 6 novembre

EXPOSITIONS
"PARASITES MAIS PAS QUE… LES RELATIONS ENTRE LES ESPÈCES"

A l’aide d’exemples pris dans le monde animal et le monde végétal, l’exposition dévoile les secrets des relations entre espèces ainsi que les mécanismes complexes qui les régissent.

"BIODIVERSITÉ… TOUS LIÉS"

Elle sert à quoi la biodiversité ? Est-ce que j’en ai besoin ? Mais d’ailleurs, c’est quoi la biodiversité ?
Pour en apprendre plus sur la nature autour de nous, venez découvrir l’exposition dans le parc du Centre Eden et suivez la cavale du moustique qui plaide son innocence et son utilité.

Centre EDEN
26 rue de l’Eglise
71290 Cuisery
03 85 27 08 00
www.centre-eden71.fr


81 - Tarn

Jusqu'au 18 septembre

EXPOSITION
"FRANCE, TERRE D'HUMAINS ET DE PAYSAGES"

Yan Morvan, photographe reporter,  scrute chacun de ses sujets et se saisit de la chambre photographique pour en révéler une beauté nue qui se veut authentique.
Ses paysages et ses portraits à fleur de peau tiennent du face à face entre les humains et leur terre, des humains et de la Terre, du témoignage de cet attachement sans âge, d’une rencontre avec ce que nous sommes.

Muséum d’histoire naturelle Philadelphe-Thomas
2 place Philadelphe Thomas
81600 Gaillac
05 63 57 36 31


87 - Haute-Vienne

Les 26 avril & 22 mai

ANIMATIONS ET ATELIERS
"SOUVERAINETÉ DE LA CHAÎNE DU VIVANT"

Animations pour explorer la chaîne du vivant, pour aller vers une société responsable, éclairée mais pas coupable.
vec atelier « crusine » et « Goûter la nature ! », repas végétal succulent pour public de 7 à 99 ans !
De 15h à 18h.

La Cité des Insectes
Chaud – 87120 NEDDE
05 55 05 04 02
www.lacitedesinsectes.com


88 - Vosges

Du 5 février au 18 septembre  

EXPOSITION
"POSADA, GENIE DE LA GRAVURE"

Cette exposition, première rétrospective en France de l’œuvre de José Guadalupe Posada (1852-1913) nous permet d’admirer l’inventivité et la dextérité d’un des grands maîtres de la gravure internationale qui a délaissé une carrière toute tracée pour mettre son talent au service de la presse populaire : illustrations de faits divers, contes, chansons... et les fameuses Calaveras.

Musée de l'Image
42 quai de Dogneville
88000 Épinal
03 29 81 48 30
https://museedelimage.fr

Lieux:

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