argon liquide

Une sphère d'aluminium, du diamètre d'un gros globe, se trouve dans le faisceau de neutrons et répond à chaque impact par une note précise. À l'intérieur de la sphère, il n'y a rien d'autre que de l'azote et onze minuscules billes d'acier, chacune de la taille d'une tête d'épingle.

La matière noire est l'armature invisible de l'Univers. Elle existe, c'est évident d'après le mouvement des étoiles et des galaxies, mais de quoi est faite cette armature, on l'ignore encore. Une hypothèse : des particules ultralégères, semblables aux axions.

À neuf heures du matin, le détecteur DarkSide-50, à 1400 mètres sous le mont Gran Sasso, enregistre une faible impulsion d'ionisation. Vers onze heures du soir, la fréquence de tels événements diminue nettement.

La main invisible de la matière noire étreint les galaxies dans les bras de la gravité, mais sa nature nous échappe depuis près d'un siècle.

La spectroscopie a toujours été une manière d'entendre l'inaudible. Au XIXe siècle déjà, Johann Jakob Balmer déchiffrait les raies harmonieuses de l'hydrogène — une simple harmonie numérique qui préfigurait la théorie quantique.

L'histoire commence par une perplexité : dans les années 1930, Fritz Zwicky remarque que les amas de galaxies se comportent comme s'ils recelaient une immense masse invisible. Un demi-siècle plus tard, Vera Rubin confirme : les étoiles aux confins des galaxies tournent trop vite pour être retenues par la seule matière visible.

L'histoire a commencé il y a près d'un siècle, lorsque Edwin Hubble a montré que les galaxies s'éloignent, et que Fritz Zwicky et Vera Rubin ont compris plus tard que leurs mouvements nécessitent une masse invisible — la matière noire.

Par une chaude après-midi, une chaleur étouffante pèse sur la ville, et pas un nuage à l'horizon. D'habitude, par un temps pareil, on ne peut qu'attendre que la nature se montre clémente et apporte un peu de fraîcheur. Et si l'on pouvait programmer l'ombre et la pluie comme on allume la lumière dans une pièce ?

La matière noire est invisible, mais sa gravité régit le mouvement des galaxies. De quoi est-elle composée ? C'est une énigme. Une idée : ce sont des particules ultra-légères, semblables aux axions.

Un électron qui traverse un gaz ressemble à un nageur essayant de traverser une piscine bondée. Chaque collision avec un atome modifie sa trajectoire et sa vitesse. Dans un gaz d'argon dense, ces collisions sont si nombreuses que la description simple cesse de fonctionner.

Au fond d'une mine canadienne se trouve un réservoir contenant 3269 kilogrammes d'argon liquide – un liquide transparent semblable à de l'eau très froide.

Les neutrinos sont de minuscules particules qui traversent la Terre sans presque la remarquer. Dans l'expérience MicroBooNE, on les capture dans une cuve d'argon liquide.

Dans les Alpes suisses, il existe un profond puits vertical qui s'enfonce sur 800 mètres sous terre — comme deux gratte-ciel empilés l'un sur l'autre. Tout près passe un tunnel ferroviaire, et les trains y grondent chaque jour. Mais à l'intérieur du puits, c'est aussi calme qu'une bibliothèque en pleine nuit.

Dans l'épaisseur de la glace antarctique, à des profondeurs où la lumière du soleil ne parvient jamais, des antennes sont suspendues. Elles n'écoutent pas des sons, mais des ondes radio – et attendent le signal d'une particule presque impossible à attraper.

Dans la pièce sombre du détecteur, l'argon attend. Lorsqu'une particule invisible le traverse – par exemple un candidat matière noire – elle pousse légèrement le noyau d'argon. Le noyau se met en mouvement et des charges apparaissent autour de lui. Combien de charges exactement ?

Le détecteur MicroBooNE est une grande cuve d'argon liquide qui capture les particules qui le traversent. Lorsqu'une particule passe, elle laisse une traînée de charge et un éclair de lumière. Ces traces se combinent en une image tridimensionnelle de l'événement, comme si la particule dessinait son chemin dans un cube transparent.

Une balle qui ne perce pas une seule cible, mais laisse des traces dans plusieurs couches de blindage. C'est à peu près ainsi que se comporte la matière noire super-lourde, recherchée pour la première fois dans le détecteur DarkSide-50.

La matière noire est invisible, mais on peut la surprendre au rebond. L'hydrogène intégré dans un film de carbone agit comme une boule de billard : lorsqu'une particule de matière noire le percute, le proton s'échappe. Cette éjection est précisément le signal recherché.

Dans la salle souterraine du Fermilab se dresse une immense cuve remplie d'argon liquide, un liquide transparent à la température de moins 186 degrés.

À deux kilomètres sous terre, sous l'épaisseur de la roche canadienne, se trouve un réservoir contenant trois tonnes d'argon liquide. L'argon est refroidi à moins cent quatre-vingt-six degrés et est aussi transparent que l'eau.

La matière noire est cinq fois plus massive que la matière ordinaire, mais elle n'émet pas de lumière. Sa nature est inconnue. L'un des candidats est constitué de particules ultra-légères : les axions. Ils peuvent traverser la planète de part en part, sans presque remarquer les atomes.

Au centre de nombreuses galaxies se cache un trou noir — un objet prédit par les solutions des équations de Karl Schwarzschild. Autour de lui s'étend une couronne incandescente — une région de plasma raréfié, chauffé à des milliards de degrés.

Dans une pièce sombre, une cuve d'argon liquide. Parfois, une particule invisible la traverse, heurte un noyau atomique – et une faible lueur jaillit dans le liquide. Grâce à cette lueur, les physiciens tentent de comprendre quelle visiteuse s'est invitée.

Trois branches de la physique — la cosmologie, la physique des particules et la physique nucléaire — ont longtemps fonctionné comme des rives isolées.