CERN : le secret du pentaquark enfin percé ?

Après avoir fortement accrédité l’existence de pentaquarks, des hadrons formés d’un état lié de 5 quarks, les membres de la collaboration LHCb au CERN pensent avoir précisé leur structure. Ceux détectés avec le LHC (Large Hadron Collider) seraient en fait l’équivalent d’un noyau de deutérium formé de deux hadrons liés.

Il y a quelques semaines, est décédé le prix Nobel de physique Murray Gell-Mann. Entre 1955 et 1975, il a dominé la physique des particules élémentaires avec son collègue Richard Feynman, également prix Nobel de physique. Gell-Mann est surtout célèbre auprès du grand public comme étant l’un des principaux découvreurs de la théorie des quarks, ces particules élémentaires — jusqu’à nouvel ordre ! mais qui ne le seraient pas si la théorie des rishons s’avère un jour être exacte — qui composent les protons et les neutrons mais aussi d’autres hadrons comme les mésons pi de Yukawa.

Cette découverte de la théorie des quarks, Gell-Man la partage notamment avec George Zweig avec des articles publiés en 1964 expliquant que les hadrons connus à l’époque, c’est-à-dire des particules sensibles aux forces nucléaires fortes collant les protons et les neutrons dans les noyaux atomiques (et même les particules échangées entre ces nucléons comme des analogues des photons de la force électromagnétique) étaient des assemblages de paires ou de triplets de particules plus petites. Ces particules, des fermions (comme les électrons mais possédant des charges électriques fractionnaires), pouvaient donc former des mésons composés d’un quark et d’un antiquark, ou des baryons composés de trois quarks.

Pentaquark

La nouvelle particule découverte avec le détecteur de la collaboration LHCb est un état lié formé de quatre quarks et d’un antiquark, un pentaquark. Une des hypothèses initiales concernant sa structure est représentée sur ce dessin d’artiste. (Source : CERN)

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Pour trouver de l’or, suivez ce champignon !

Des chercheurs australiens ont découvert une espèce de champignon capable de dissoudre l’or des roches et de l’accumuler sous forme de nanopépites dans son mycélium. Ce champignon pourrait être à l’origine de la répartition de l’or sur Terre et permettre l’identification des meilleures zones de prospection.

Fusarium oxysporum est un champignon tellurique très répandu dans les sols du monde entier, qui produit un mycélium rose en forme de fleur. Jusqu’à présent, il était surtout connu comme pathogène, à l’origine de la fusariose, une maladie qui cause des ravages dans l’agriculture, notamment sur la tomate, la banane ou le melon — même si des variétés résistantes ont permis de faire quasiment disparaitre la maladie en France.

Des chercheurs du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) viennent aujourd’hui de lui découvrir une nouvelle faculté nettement plus positive : chercheur d’or. Une étude parue le 23 mai dans la revue Nature Communications montre en effet que le champignon est capable d’accumuler l’or dans son mycélium sous forme de minuscules « pépites ».

On sait depuis longtemps que les champignons telluriques jouent un rôle prépondérant dans la dégradation et le recyclage de matières organiques (feuilles, déchets…), ainsi que dans le cycle de certains métaux comme l’aluminium, le fer, le manganèse ou le calcium. « Mais l’or étant le métal le plus inerte, nous avons été très surpris de constater que le champignon pouvait avoir une interaction avec lui », atteste Tsing Bohu, le principal auteur de l’étude. Le métal jaune est en effet très résistant à l’oxydation chimique. Pour le solubiliser, il faut à la fois un oxydant et un ligand ayant une forte affinité avec les ions or comme le cyanure, que l’on utilise à l’heure actuelle pour extraire l’or du minerai.

Fusarium oxsporum

Fusarium oxsporum est un champignon très répandu dans les sols du monde entier (Source : CSIRO).

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La première preuve de la relativité générale a 100 ans !

Le 29 mai 1919, le monde changea. Ce jour-là, l’astronome et astrophysicien anglais Arthur Eddington obtint des clichés pris à l’occasion d’une éclipse totale de Soleil visible sur l’île de Principe. Ce fut la première preuve convaincante de la théorie de la relativité générale d’Einstein.

La relativité générale est probablement la plus belle des théories physiques découvertes par l’humanité. Elle a fasciné des générations de théoriciens en physique et continue de le faire encore aujourd’hui. Le grand prix Nobel de physique Lev Landau faisait même de cette fascination le trait révélateur d’un futur théoricien chez un étudiant en physique.

Contrairement à la mécanique quantique qui est une création polycéphale des plus grands physiciens et mathématiciens du premier quart du vingtième siècle, la théorie de gravitation relativiste est presque l’œuvre d’un seul homme, Albert Einstein.

Bien sûr, celui-ci n’aurait rien pu faire sans les réflexions physique et les travaux mathématiques précurseurs de Riemann et Minkowski. Mais comme le disait le grand mathématicien David Hilbert : « N’importe qui ici à Göttingen [le centre mathématique de l’Allemagne de l’époque] en sait plus sur la géométrie des espaces courbes qu’Einstein, mais c’est lui qui a fait tout le travail ».

Eclipse totale Soleil 1919

L’éclipse totale du Soleil du 29 mai 1919 photographiée à Principe par Arthur Eddington et Edwin Cottingham (Source : Royal Astronomical Society).

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La nouvelle définition du kilogramme entre en vigueur. Les unités de mesure font peau neuve

Plus de deux siècles après la première définition du mètre à partir d’un invariant de la nature qui a conduit à sa redéfinition en fixant la valeur numérique de la vitesse de la lumière en 1983, nous sommes aujourd’hui en mesure d’étendre cette approche à l’ensemble des unités pour instaurer le premier système d’unités entièrement défini à partir de constantes universelles. Cette évolution historique du système d’unités le plus invariable et le plus universel jamais établi par l’Homme entre en vigueur le 20 mai 2019.

En décidant de fixer certaines constantes universelles, les métrologistes changent notre façon de mesurer le monde. Cette révolution est marquée par une réforme majeure du Système international d’unités (le SI) qui fut décidée à Versailles, lors de la 26e Conférence générale des poids et mesures (CGPM), entre le 13 et 16 novembre 2018. Le nouveau SI entre en vigueur le 20 mai 2019 à l’occasion de la journée mondiale de la métrologie. L’ambition de cette grande réforme est d’établir un système d’unités plus cohérent, plus stable et universel.

Notre SI compte sept unités de base (voir illustration ci-dessous), autant de constantes seront donc nécessaires pour construire le nouveau système :

  • La fréquence de transition entre deux niveaux de l’état fondamental de l’atome de césium 133 (notée Cs) basée sur la quantification des niveaux d’énergie à l’échelle atomique.
  • La vitesse de la lumière dans le vide (notée c) en tant que vitesse limite dans le cadre de la théorie de la relativité restreinte.
  • La constante de Planck (notée h) introduite par la mécanique quantique.
  • La charge élémentaire (notée e) de l’électromagnétisme.
  • La constante de Boltzmann (notée k) introduite en thermodynamique.
  • La constante d’Avogadro (notée NA) particulièrement utilisée en chimie.
  • Le rendement lumineux (noté Kcd) utilisé en photométrie.
Système SI

Les sept unités de base du SI (Source : BIPM).

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L’Univers, nouvelle source d’énergie renouvelable ?

En orientant une diode à semi-conducteur infrarouge vers le ciel, des chercheurs affirment qu’ils seront bientôt en mesure de produire de l’électricité de nuit. Le tout à partir de sortes de « panneaux solaires inversés » qui exploiteront les différences de température entre la Terre et l’Univers.

« L’immensité de l’Univers est une ressource thermodynamique. » C’est ce que déclare Shanhui Fan, chercheur à l’université de Stanford (États-Unis). Avec son équipe, il affirme ainsi qu’il est possible de générer une quantité mesurable d’électricité grâce au froid qui règne dans l’Univers. Ou plus exactement, grâce à la différence de température qui existe entre notre Terre et l’espace. Une nouvelle source d’énergie renouvelable ?

Les panneaux solaires photovoltaïques produisent de l’électricité à partir de l’énergie envoyée vers la Terre par le Soleil. L’idée de Shanhui Fan et de ses collègues : capter l’énergie sous forme de chaleur qui quitte continuellement la surface de notre planète à l’aide d’une photodiode à semi-conducteur infrarouge orientée vers le ciel.

Energie Univers

Les chercheurs continuent de travailler à la mise au point de systèmes permettant d’exploiter de nouvelles énergies renouvelables. Cette fois, ils ont pensé au froid qui règne dans l’Univers.

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L’or de la Terre proviendrait en partie d’une collision d’étoiles à neutrons proche du Système solaire

Environ 80 millions d’années avant la naissance du Système solaire, une kilonova à seulement 1.000 années-lumière aurait produit certains des éléments lourds trouvés sur Terre et dans les météorites. Il s’agit des actinides mais aussi des noyaux d’or et de platine.

L’essor de la physique nucléaire dans les années 1930 et surtout de l’astrophysique nucléaire dans les années 1950 a permis de transformer la géochimie sur Terre en une véritable cosmochimie à l’échelle des étoiles et même des galaxies. Il a alors été possible de comprendre l’origine de la majorité des éléments découverts sur Terre, dans l’atmosphère du Soleil et dans les météorites, et que l’on retrouve également dans les atmosphères des autres étoiles, dans la Voie lactée ainsi que dans le milieu interstellaire.

En dehors de l’hydrogène, de l’hélium et leurs isotopes, sans oublier les noyaux de lithium, tous les autres éléments jusqu’au fer sont le produit de la nucléosynthèse dans les étoiles, en particulier celles qui sont massives et qui explosent en supernovae. Mais cette nucléosynthèse stellaire s’arrête au niveau du fer pour des raisons liées aux réactions nucléaires et aux propriétés des noyaux dans le cœur des étoiles.

Pourtant, nous savons bien qu’il existe d’autres éléments plus lourds au-delà, et que plusieurs de leurs isotopes sont riches en neutrons. Ces faits peuvent trouver une explication si l’on suppose l’existence de flux intenses de neutrons qui injectent rapidement dans les noyaux ces nucléons. Certains de ces neutrons vont alors se désintégrer par radioactivité bêta en devenant des protons, ce qui va produire des éléments au-delà du fer.

Collision étoiles à neutrons

Une vue d’artiste de la collision de deux étoiles à neutrons (Source : SkyWorks Digital).

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Un détecteur de matière noire a enregistré un événement très rare dans l’univers

Une double capture électronique avec émission de deux neutrinos, ça n’arrive pas souvent. Tellement rarement en réalité que le processus est réputé présenter une demi-vie qui dépasse même l’âge de notre univers. C’est pourtant l’un de ces événements extrêmement rares que des chercheurs ont pu observer directement grâce au détecteur Xenon 1T.

Xenon 1T : c’est le petit nom que les physiciens donnent au détecteur de particules de matière noire le plus performant qui existe à l’heure actuelle. Il est opéré par le Laboratoire national du Gran Sasso (Italie) depuis fin 2015. Et ses performances, il les doit aux infinies précautions prises pour aboutir à un bruit de fond incroyablement faible pour un détecteur de cette taille.

L’espoir des chercheurs : enregistrer les infimes éclairs de lumière que produiraient des particules de matière noire interagissant avec le xénon contenu dans la cuve du détecteur. Mais, ce qu’ils n’avaient pas nécessairement imaginé, c’est que la finesse de Xenon 1T permettrait de capter d’autres phénomènes qui échappaient jusqu’alors aux observations. Et notamment, la désintégration radioactive du xénon-124 (124Xe).

Désintégration radioavtive xénon

La demi-vie du xénon-124 (124Xe) est de l’ordre de 1,8.1022 ans, soit quelque mille milliards de fois l’âge de l’univers. Elle est désormais la plus longue à avoir jamais été mesurée directement.

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