Le CERN surprend une source d’asymétrie entre matière et antimatière

Où est passé l’antimatière? L’expérience LHCb du CERN a mis en évidence un comportement différent entre des particules et leur antiparticules associées. Un début d’explication à une des plus grosses énigmes du Cosmos.

Le LHC est peut-être sur le point d’expliquer un des mystères les plus tenaces de l’Univers : la disparition de l’antimatière. L’expérience LHCb a permis de constater qu’un certain type de baryons –une famille de particules qui comprend entre autres les composants du noyau atomique, protons et neutrons– ne se désintègre pas comme son anti-baryon associé : l’écart est même de l’ordre de 20 % selon l’article publié dans la revue Nature. Or, depuis des décennies les physiciens traquent tout comportement différent entre la matière et l’antimatière pour comprendre pourquoi et comment l’antimatière a disparu de l’Univers.

Tous les modèles cosmologiques indiquent que lors du Big Bang il s’est formé autant de matière que d’antimatière. Ce double de la matière possède exactement les mêmes propriétés que la matière, mais elle est dotée d’une charge opposée. Ainsi l’électron, la particule élémentaire de matière, dotée d’une charge électrique négative, possède son « équivalent antimatière », le positon, qui lui ressemble en tout point (même masse par exemple) sauf que le positon possède une charge électrique positive.

LHC CERN

Le LHC, le plus puissant collisionneur de particules jamais réalisé par l’Homme (Source : CERN).

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Record : une supernova observée quelques heures seulement après l’explosion de son étoile

En 2013, une supernova a été observée moins de six heures après le début de l’explosion de l’étoile qui lui a donné naissance. Les phénomènes découverts ont surpris les astrophysiciens qui ne les avaient pas prévus.

En 2014 déjà, une supernova avait surpris les astrophysiciens. SN 2014C avait en effet commencé par apparaître comme une SN Ia, c’est-à-dire le produit de l’explosion d’une ou deux naines blanches avant de prendre les traits d’une SN II, une supernova produite par l’effondrement gravitationnel d’une étoile au moins huit fois plus massive que le Soleil. Selon les chercheurs, cela s’expliquait par l’éjection d’une importante coquille d’hydrogène par l’étoile génitrice de la SN Ia, un certain temps avant l’explosion. Toutefois, un tel phénomène ne cadrait pas facilement avec la théorie standard de l’évolution stellaire.

Une énigme similaire semble maintenant se présenter dans le cas d’une supernova découverte en 2013 avec le fameux télescope du mont Palomar dans le cadre d’un programme de surveillance automatisé des événements transitoires sur la voûte céleste (Intermediate Palomar Transient Factory ou iPTF). Dans un article disponible sur arXiv, une équipe internationale d’astrophysiciens menée par Ofer Yaron de l’Institut Weizmann à Rehovot (Israël) explique que l’étoile génitrice de SN 2013fs semble elle aussi avoir expulsé une importante coquille de matière peu avant de mourir, sans que l’on puisse vraiment comprendre pourquoi. Cette nouvelle découverte vient du fait que l’évolution de la supernova moins de six heures après son début, un record, a été observée.

Supernova SN 2013fs

Une vue d’artiste de la supernova SN 2013fs (Source : ESO).

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Matière noire : une nouvelle preuve venue des galaxies spirales barrées

Le modèle de la matière noire est censé expliquer les caractéristiques des mouvements des étoiles et du gaz dans les galaxies et aussi dans les amas de galaxies. Des astrophysiciens espagnols viennent de lui faire passer victorieusement un test concernant les barres d’étoiles dans certaines galaxies spirales.

Voici quelques mois, Stacy McGaugh, de la Case Western Reserve University, en compagnie de ses collègues Federico Lelli et Jim Schombert, avait fait savoir que des travaux qu’ils avaient menés, notamment à partir de données prises par le télescope Spitzer, ne semblaient pas compatibles avec l’existence de la matière noire. Les mouvements du gaz interstellaire dans plus de 150 galaxies s’expliquaient bien au moyen de la théorie Mond, laquelle suppose des modifications des lois de la mécanique céleste de Newton.

Jetant un pavé dans la mare déjà trouble du problème de la nature exacte de la matière noire et de l’énergie noire dans le cadre du modèle standard et alimentant également le débat entre ceux qui préfèrent introduire une nouvelle physique de la gravitation et pas de nouvelles particules pour résoudre autrement les énigmes des mouvements des amas de galaxies et des étoiles dans les galaxies découvertes respectivement par Fritz Zwicky et Vera Rubin, des chercheurs viennent de déposer un article sur arXiv.

Il provient d’un groupe d’astrophysiciens espagnols de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). Selon des observations faites également avec Spitzer et concernant 68 galaxies spirales barrées, complétées par des simulations numériques, les auteurs pensent disposer maintenant d’une nouvelle preuve de l’existence de la matière noire. Répartie sous la forme d’un halo quasi sphérique autour des galaxies, il était prédit depuis un certain temps que son champ de gravitation devait ralentir la vitesse de rotation des barres d’étoiles dans les galaxies spirales. Malgré des doutes initiaux, ce serait effectivement bien le cas.

NGC 1672

Large de 75.000 années-lumière, la galaxie spirale barrée NGC 1672 est située à environ 60 millions d’années-lumière de la Voie lactée (Source : NASA).

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D’étranges jets bleus observés depuis l’ISS

Dans le cadre de l’expérience Thor, Andreas Mogensen a filmé pour la première fois un curieux phénomène atmosphérique depuis la Station spatiale internationale : les jets bleus. Comme les farfadets et les sylphes rouges, ils apparaissent fugitivement au-dessus des orages. Ils n’avaient jamais pu être observés ainsi. Des images étonnantes et exceptionnelles.

La question de l’existence de phénomènes fugaces a fait l’objet de débats durant de nombreuses années : d’insaisissables décharges électriques dans la haute atmosphère, nommées sylphes rouges, jets bleus, farfadets ou elfes. Faisant l’objet de rapports anecdotiques par des pilotes d’avions, ces phénomènes se sont toujours révélés difficiles à étudier car ils se produisent au-dessus des orages.

Proposée par l’Institut spatial national du Danemark, l’expérience Thor, qui s’était déroulée pendant la mission Iriss de 10 jours de l’astronaute de l’ESA Andreas Mogensen à bord de la Station spatiale internationale (ISS), avait pour objet d’étudier les orages vus d’en haut. Une liste d’endroits où ils étaient prévus par la météo avait été communiquée à Andreas, qui a alors pris des photos avec l’appareil le plus sensible à bord pour capturer ce que l’on appelle les phénomènes lumineux transitoires.

Jets bleus orage ISS

Jets bleus photographiés de l’espace par Andreas Mogensen en 2015. (Source : ESA/NASA)

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La chimie de l’hélium, inconnue sur Terre, pourrait exister dans les planètes géantes

Bien que très répandus à l’échelle du cosmos, les atomes d’hélium ne semblent pas capables d’établir des liaisons chimiques dans des conditions normales sur Terre. Mais comme vient de le montrer une équipe internationale de physiciens, des cristaux de sodium et d’hélium, dont l’existence avait été prédite sur ordinateur, peuvent effectivement se former aux pressions qui règnent à l’intérieur des planètes géantes.

Depuis quelques années, le nom du physicien, chimiste et cristallographe russe Artem Oganov (professeur à l’université Stony Brook et au MIT russe, le Skolkovo Institute of Science and Technology) revient assez souvent sur le devant de la scène de la physico-chimie des matériaux à hautes pressions. Il s’inscrit sans doute dans la longue tradition de l’école de physique russe en physique de la matière condensée, et on lui doit plusieurs découvertes remarquables dans les domaines de la supraconductivité, des métamatériaux, du graphène ou de certaines quasi-particules. Des découvertes auxquelles les noms de Lev Landau, Victor Veselago, Yakov Frenkel, Andre Geim et Konstantin Novoselov sont associés.

Nous ne sommes donc pas surpris de la publication dans le journal Nature Chemistry d’un article où Artem Oganov et ses collègues font état de leurs travaux sur des cristaux à base d’hélium et de sodium, d’abord prédits théoriquement puis synthétisés et observés à hautes pressions dans une cellule à enclume de diamant. La découverte est d’importance car, selon les règles de la chimie traditionnelle, l’hélium est le gaz rare par excellence. Il ne devrait donc pas posséder de véritable chimie, car on ne devrait pas pouvoir le trouver dans des molécules ou encore associé par liaison chimique dans des cristaux.

Saturne Cassini 19/07/2013

Saturne vue par Cassini le 19/07/2013 (Source : NASA/JPL/Space Science Institute)

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Energie noire : Einstein est-il passé tout près en 1919 ?

L’héritage d’Einstein est bien vivant, la preuve : l’une de ses tentatives pour unifier la physique des particules de matière avec celle des champs de force contient peut-être en germe une des clés de la solution de l’énigme de l’énergie noire en physique quantique.

Comme nous l’avons expliqué dans un précédent article introductif sur la géométrie non-commutative en physique, Albert Einstein a très tôt entrepris d’aller au-delà de sa propre théorie de la relativité générale. L’objectif était double car il s’agissait non seulement de découvrir une théorie unifiée qui aurait réuni le champ de gravitation avec le champ électromagnétique au sein d’un seul champ mais également une théorie non dualiste de la matière et des champs. Rappelons qu’en ce qui concerne les particules de matière à la fin des années 1910, cela voulait dire les protons et les électrons, puisque le neutron, les neutrinos et les mésons étaient alors inconnus.

Avant sa formulation finale de la théorie de la relativité générale, en novembre 1915, Einstein avait déjà réfléchi, comme plusieurs de ses contemporains et en particulier Poincaré, à des modèles décrivant la structure et les propriétés des particules chargées, en l’occurrence, les électrons. Poincaré avait montré que l’on pouvait retrouver plusieurs phénomènes liés aux propriétés de l’électron en le considérant comme une répartition étendue de charge qui n’explosait pas sous l’effet de la répulsion électrostatique de ses parties si l’on supposait qu’une autre force s’y opposait.

En 1919, Einstein avait été conduit à modifier légèrement les équations de la relativité générale, dans le cadre de ses recherches sur une théorie non dualiste de la matière et du champ (supposant donc que les particules sont des concentrations d’énergie dans un champ unitaire et pas des objets étrangers à ce champ qu’il fallait postuler). Il avait alors obtenu pour la première fois ce que les physiciens actuels appellent la théorie unimodulaire de la gravitation.

Equations Einstein cosmologie

Les équations d’Einstein pour la cosmologie du modèle standard contiennent un terme décrivant une énergie particulière dans l’univers. L’étude des galaxies a montré que ce terme existait bien, il s’agit de l’énergie noire qui accélère l’expansion du cosmos depuis quelques milliards d’années. (Source : Shane L. Larson)

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Enfin une méthode pour produire de la soie d’araignée à l’infini ?

Souple, légère, biodégradable, biocompatible et d’une résistance supérieure à celle de l’acier : une équipe internationale de chercheurs affirme avoir trouvé une méthode pour produire artificiellement et « sans fin » la soie d’araignée.

Résultat d’une longue évolution, la soie produite par les glandes de l’araignée est une fibre trente fois plus fine qu’un cheveu et qui, à diamètre égal, est plus solide que l’acier et plus résistante que le kevlar. Elle est également bon marché, biodégradable et compatible avec des usages médicaux, car elle ne provoque pas de réaction de rejet. Des fibres de ce type pourraient être utilisées en médecine régénératrice, mais aussi dans l’industrie textile pour la fabrication de gilets pare-balles, des tissus plus résistants et plus légers ou encore des vêtements de sport nouvelle génération.

Mais l’élevage d’araignées est compliqué, notamment parce qu’elles ont une fâcheuse tendance à se dévorer entre elles. De plus, leur production est très faible. Pour fabriquer son fil, l’animal sécrète une solution protéique qu’il envoie dans un canal étroit. Le long de ce conduit, l’acidité varie et la pression augmente, ce qui provoque la liaison des protéines et fabrique la fameuse soie.

Toile araignée Lire la suite