tritium

À l'intérieur de l'acier d'un futur réacteur de fusion se forment de minuscules bulles d'hélium, et sur leurs parois se joue un drame chimique. Les atomes de chrome et de tantale, tels des gardiens, prennent place à la limite de la cavité et changent les règles du jeu pour l'hydrogène.

Dans le nuage froid TMC-1, où la température ne dépasse pas dix degrés au-dessus du zéro absolu, les molécules se rencontrent rarement. Mais de temps en temps, un atome d'hélium les traverse, et ce bref contact suffit pour que la molécule modifie sa rotation.

La croûte de glace de Triton ressemble à une porte verrouillée menant à une cave où l'eau clapote derrière le mur. Nous ne pouvons pas l'ouvrir, mais nous pouvons coller notre oreille et écouter l'écho des pas : comment le champ magnétique de Neptune résonne dans l'épaisseur du satellite, comment la glace tremble sous des impacts lointains.

Dans les entrailles des sub-Neptunes, ces planètes les plus nombreuses de la Galaxie mais sur lesquelles on ne peut pas se tenir, le magma silicaté et l'hydrogène se mélangent en un cocktail supercritique unique.

L'atome d'hélium est comme une corde tendue : chaque note qu'il émet est strictement prédite par la théorie. Mais ces dernières années, des mesures précises de l'une de ces « notes » — l'énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome d'hélium excité — ont commencé à sonner légèrement plus haut que prévu.

Les piles atomiques fonctionnant sur la désintégration du plutonium alimentent depuis plus de soixante ans les stimulateurs cardiaques et les sondes spatiales. Mais la matière première est rare : dans le monde entier, on ne produit que quelques kilogrammes de plutonium-238 par an, et cela suffit tout juste pour les missions les plus importantes.

Dans les nuages interstellaires sombres, où naissent de nouvelles étoiles, la chimie commence avec une particule minuscule : l'ion trihydrogène (H₃⁺). Il entre en collision avec d'autres atomes et déclenche une cascade de réactions qui construisent des molécules de plus en plus complexes.

En 1946, proposa une méthode qui a bouleversé l'archéologie : déterminer l'âge d'un objet grâce à la désintégration du carbone 14. L'horloge tourne : tous les 5730 ans, la moitié des atomes disparaît. Mais pourquoi si lentement ? Pour un noyau léger, c'est une anomalie — les durées de vie typiques sont des millions de fois plus courtes.

Deux pendules suspendus à un fil commun échangent leur mouvement : poussez l'un, l'autre se met à osciller, et un instant plus tard, le premier reçoit une impulsion en retour. Dans l'atome de thorium-229, l'énergie circule de la même manière entre la couche électronique et le noyau, avec très peu de pertes.

Une sub-Neptune est une planète dont la taille se situe entre celle de la Terre et celle de Neptune. Ces mondes sont très nombreux dans notre Galaxie, mais leur structure est encore débattue. Une nouvelle étude montre que, dans leur jeunesse, ces planètes se comportent comme une éponge imbibée d'eau.

Une planète de la taille de Neptune, mais chauffée à blanc. Sous les nuages, un océan de magma capable d'absorber toute une atmosphère d'hydrogène. Le nouveau modèle SEAMIST a pour la première fois suivi comment une telle dissolution change le destin de la planète, de sa naissance à sa vieillesse.

Deux cordes de guitare tendues sur le même manche. Elles sont presque identiques, mais l'une est un peu plus courte — et elles sonnent différemment. C'est à peu près ainsi que sont faits les deux isomères de l'éthanimine : des molécules avec le même ensemble d'atomes, mais orientées différemment dans l'espace.

Les horloges les plus précises actuelles mesurent le temps grâce aux oscillations des électrons dans les atomes. Mais leur marche peut être déréglée, comme un ressort de montre mécanique peut l'être par des secousses. Les physiciens ont trouvé un balancier plus fiable : le noyau atomique.

Les noyaux des atomes sont enveloppés dans de gros manteaux de fourrure électronique – avec une telle tenue, impossible de se faire un câlin. Mais remplacez le manteau léger par un lourd : le muon, une particule du modèle standard, comprime le nuage près de 200 fois.

Une bouteille en acier qui a longtemps contenu de l'hydrogène peut parfois se briser non pas le long des joints de grains habituels, mais directement à travers les grains cristallins, laissant un motif étrange — comme si la fissure avait choisi le mauvais chemin. Pendant longtemps, on a observé ce phénomène en se demandant pourquoi.

Dans un cristal d'eau et de soude caustique, les atomes d'oxygène et de césium restent en place, comme des perles dans un treillis rigide. Les atomes d'hydrogène, eux, se comportent autrement : ils sont comme des passagers qui changent constamment de siège.

Une balle roule vers une colline, mais elle n'a pas assez d'énergie – elle redescend. C'est ce que dicte la mécanique classique. Dans le monde quantique, une particule minuscule traverse parfois la colline comme si l'obstacle n'existait pas. Ce tour de passe-passe – l'effet tunnel – est monnaie courante pour l'atome léger d'hydrogène.

La fusion d'un proton avec du bore-11 promet une énergie sans neutrons nocifs – seulement des particules chargées, facilement convertibles en électricité.

Les neutrinos sont des particules presque insaisissables : ils traversent les planètes sans même remarquer les atomes. Chaque capture est donc un coup de chance.

Au cœur de chaque atome se trouve un proton. Longtemps, on l'a cru éternel, comme la matière elle-même. Mais les théories qui unifient toutes les forces de la nature prédisent que, tôt ou tard, le proton se désintégrera. La seule question est de savoir combien de temps il faudra attendre.

Les neutrinos sont de minuscules particules qui traversent la planète comme la lumière traverse une vitre. Chaque seconde, des milliards de ces particules traversent l'ongle de votre petit doigt, mais en attraper ne serait-ce qu'une est un véritable défi.

Dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang, l'Univers a préparé un cocktail d'hydrogène, d'hélium et d'une pincée de lithium.

Un réacteur nucléaire classique ressemble à une chaudière où le combustible brûle uniformément dans tout le volume. Ici, le tableau est différent : le long d'une barre cylindrique en carbure d'uranium rampe lentement une onde de fission — une zone étroite où les atomes se scindent et dégagent de la chaleur.

La comète 3I/ATLAS a été repérée alors qu'elle entrait dans le Système solaire depuis l'espace interstellaire.

La membrane pour l'électrolyse de l'eau ressemble à une éponge imbibée d'eau. À l'intérieur, les ions hydroxyde — des particules qui transportent la charge électrique — doivent pouvoir se déplacer librement.

Une collision à très grande vitesse a arraché un neutron du noyau d'hélium-8, et pendant un instant, un noyau d'hélium-7 est apparu — comme une étagère surchargée d'où trois livres tombent d'un coup.

Un douanier ne peut pas démonter une valise pour savoir ce qu'elle contient. Il la passe aux rayons X et, grâce aux ombres sur l'écran, comprend : voilà du métal, voilà de la matière organique. De la même manière, un inspecteur des futurs traités de désarmement nucléaire devra vérifier une ogive — sans l'ouvrir et sans voir son contenu secret.

Une fine pellicule de semi-conducteur d'un atome d'épaisseur ressemble à un appartement communautaire : y cohabitent des électrons chargés négativement et des « trous » chargés positivement.

Le noyau atomique suit généralement ses propres lois : sa désintégration ne dépend ni de la température, ni de la pression, ni des voisins dans la molécule. Mais l'isotope uranium-235m fait exception. Ce noyau est dans un état excité, comme un ressort tendu, et il finit par libérer son excès d'énergie.

Chaque fois que du deutérium et du tritium fusionnent dans un réacteur à fusion, un neutron rapide est émis. Il peut transformer certaines substances en d'autres, par exemple créer des isotopes précieux pour la médecine. Aujourd'hui, ces neutrons coûtent une fortune, car il existe peu d'installations expérimentales et elles fonctionnent rarement.

À l'intérieur du futur réacteur à fusion, un aimant aussi lourd qu'une petite voiture flottera en lévitation. Il maintient le plasma surchauffé comme une main invisible tient un nuage. Autrefois, un tel aimant était jugé inadapté au combustible deutérium-tritium : les flux de neutrons le détruisaient rapidement.

Lorsqu'une étoile comme le Soleil épuise son hydrogène, elle se gonfle en géante rouge, et de l'hélium s'accumule dans son noyau. À un moment donné, l'hélium s'embrase : en quelques secondes, il libère autant d'énergie que l'étoile en a rayonné pendant des milliers d'années. C'est ce qu'on appelle le flash de l'hélium.

Dans les semi-conducteurs, la lumière naît de paires de charges — un électron et un trou — qui s'attirent mutuellement, comme un aimant sur un réfrigérateur. Une telle paire s'appelle un exciton. Si l'on ajoute une charge supplémentaire à la paire, on obtient un trion — un « trio » de trois particules.

En chimie, il existe deux mondes : dans l'un, le catalyseur est une particule solide sur laquelle la réaction se produit en surface ; dans l'autre, c'est une molécule dissoute où tout se passe autour d'un centre métallique unique. Ces mondes se rencontrent rarement. Mais dans ces nouveaux travaux, ils se sont rejoints.

Dans les premières minutes qui ont suivi le Big Bang, l'Univers ressemblait à une cuisinière brûlante. Selon la « recette » du modèle standard de la cosmologie, cette nucléosynthèse primordiale devait produire de l'hydrogène, de l'hélium et un peu de lithium.

Une boussole magnétique dans une éprouvette — cela semble être un tour de passe-passe, mais c'est de la physique pure. Dans une solution de fumarate (un sel d'acide malique), les noyaux de carbone-13 se comportent comme de minuscules toupies.

Un morceau de chrome exposé à l'air se couvre en une minute d'une armure invisible : un film d'oxyde. Ce film protège le métal de la rouille, mais pour une batterie, c'est une catastrophe : le film ne laisse pas passer les ions de chrome, et le courant ne circule pas. Les scientifiques ont mélangé cinq métaux — chrome, bismuth, cuivre, étain et nickel.

Un grain de poussière cosmique est recouvert de glace, et sur cette glace, comme dans une minuscule cuisine, des molécules sont préparées. L'une d'elles est le méthanol, un alcool qui, dans l'espace, sert de matière première pour des composés plus complexes.

Dans le cristal de silicium qui sert à fabriquer les puces électroniques, il arrive qu'un atome étranger s'y loge — par exemple, du magnésium. Il se comporte comme un petit aimant avec plusieurs « positions d'aiguille ». Si l'on éclaire ce cristal avec un bref éclair, l'atome s'excite un instant, puis revient à son état initial.

Pour que deux noyaux atomiques fusionnent, il faut surmonter leur répulsion électrique féroce — comme si l'on tentait de faire s'accoupler deux taureaux furieux. Dans des conditions normales, seule une énergie colossale, comme celle des cœurs stellaires, peut y parvenir, là où Hans Bethe expliquait déjà la fusion dans les années 1930.