octobre 1, 2022

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Creuser profondément la matière noire

Environ dix kilomètres de tunnels et un kilomètre sous terre vous emmènent au Stawell Underground Physics Laboratory. Crédit : Imogen Kramp

Il faut environ une demi-heure pour atteindre le laboratoire de physique souterrain de Stawell. Trente minutes peuvent ne pas sembler longues, mais c’est une demi-heure passée à atterrir dans un camion qui serpente et tourne profondément dans les tunnels d’un noir absolu de Stawell Gold Mine.


Le professeur Elisabetta Barberio est imperturbable. Le physicien de l’Université de Melbourne et directeur du Centre d’excellence pour la physique des particules dans la matière noire a parcouru plusieurs fois le parcours d’un kilomètre de roche.

« Il fait plus chaud et humide », dit-elle, tandis que les phares des camions éclairent une autre paroi rocheuse incurvée dans l’obscurité, « mais le laboratoire est climatisé ».

Le Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL) est le seul laboratoire de physique souterrain de Hémisphère sud Son but est de répondre à l’une des questions fondamentales sur notre univers – est-ce que matière noire exister?

Pour l’instant, malgré des décennies de recherche, l’existence de l’obscurité publier Les particules sont théoriques – mais la façon dont notre univers se comporte nous dit que quelque chose doit être là.

En fait, sans lui, l’univers tel que nous le connaissons pourrait ne pas exister du tout.

Selon le professeur Barberio, nous ne pouvons vraiment observer qu’environ cinq pour cent de l’univers entier ; Le reste est constitué en partie de matière noire – les particules invisibles fondamentales qui constituent la majorité de la matière, n’ont pas de charge électrique, ne produisent pas de lumière et n’interagissent pas beaucoup avec tout ce que nous pouvons voir.

Le SUPL est le seul laboratoire souterrain de physique de l’hémisphère sud. Crédit : hyperbeamtv/Université de Melbourne

« Peu importe où nous nous trouvons sur Terre – sous terre ou au-dessus – nous avons des milliers, voire des millions, de particules de matière noire qui nous traversent et ne font rien pour nous. Pour ces particules, nous sommes transparents », explique le professeur. Barbério.

Mais pourquoi le laboratoire est-il au fond d’une mine d’or ?

« La recherche sur la matière noire doit être effectuée à cette profondeur sous terre pour empêcher le » bruit « et le rayonnement cosmiques. Les roches absorbent les rayons cosmiques, donc si vous allez assez profondément, vous pouvez les réduire à presque zéro », explique le professeur Barberio.

Des scientifiques italiens travaillant sur le projet DAMA/LIBRA affirment avoir détecté de la matière noire au laboratoire souterrain du Gran Sasso situé à l’intérieur d’une montagne, mais le signal qu’ils ont détecté fluctue tout au long de l’année, en fonction des saisons de la Terre.

« Alors que la Terre tourne autour du soleil, les particules de matière noire sont soufflées vers nous par un vent de face ou un vent arrière. S’il s’agit d’un vent de face, il y a plus de matière noire – s’il y a moins de vent arrière là-bas », explique le professeur Barberio.

C’est pourquoi le laboratoire SUPL est situé dans l’hémisphère sud, où les tests italiens peuvent être répétés et toute différence saisonnière peut être exclue.

Le laboratoire lui-même est un peu comme le repaire souterrain d’un méchant de Bond. Le professeur Barberio est d’accord.

« Tout cela fait partie de mon plan secret pour conquérir le monde. » Il ne tire pas tout à fait un rire sinistre.

L’expérience principale qui se déroule dans le laboratoire souterrain est connue sous le nom d’expérience sur l’iodure de sodium avec rejet de fond actif du sud (ou SABRE Sud en abrégé).

L’appareil utilisé pour détecter la matière noire occupera près d’un tiers du laboratoire complètement stérile, qui mesure 33 mètres de long, 10 mètres de large et 14 mètres de haut.

Il utilisera sept cristaux d’iodure de sodium ultra-pur placés dans des cylindres et enveloppés de cuivre, avec deux dispositifs très sensibles, appelés photomultiplicateurs, aux deux extrémités.

Ces sept cristaux – cultivés aux États-Unis et en Chine – sont placés dans un réservoir protégé contre les radiations rempli d’environ 12 tonnes métriques d’un liquide appelé benzène.

« Si le particules de matière noire Il interagit avec le cristal, produisant un flash de lumière qui est capté par les photomultiplicateurs », explique le professeur Barberio.

« De nombreuses expériences ont essayé de nombreux éléments différents, mais c’est l’expérience DAMA/LIBRA en Italie utilisant des cristaux d’iodure de sodium qui a produit cette lumière à partir de ce que nous pensons avoir interagi avec la matière noire. »

  • Creuser profondément la matière noire

    La recherche sur la matière noire doit avoir lieu profondément dans la Terre pour arrêter le « bruit » et les radiations cosmiques. Crédit : Imogen Kramp

  • Creuser profondément la matière noire

    Un modèle de cylindre de logement en cristal auquel les scientifiques s’habituent avant l’expérience. Crédit : Imogen Kramp

Et les propriétés de l’iodure de sodium le rendent très sensible.

« La matière noire interagit avec le noyau du cristal, donc la masse du noyau est importante. Selon la masse de la matière noire, différents matériaux auront une sensibilité différente.

« Donc, si la matière noire était une grande masse, un noyau avec une grande masse serait plus sensible. »

À ce stade, le professeur Barberio a remarqué mon visage vide.

« Pensez à une boule de billard. Si vous avez une grosse boule de billard et que la matière noire est une boule de billard beaucoup plus petite, vous ne pourrez pas déplacer la grosse boule – elle n’émettra donc pas de signal. Mais si votre matière noire la boule de billard est massive, elle va tout écraser.

Creuser profondément la matière noire

Le professeur Elisabetta Barberio et l’équipe SABRE recueilleront des données du laboratoire souterrain pendant les trois prochaines années. Crédit : Imogen Kramp

« Vous devriez avoir deux boules de billard – ou deux noyaux – de la même taille, puis vous obtenez une queue claire. »

SABRE collectera des données pour les trois prochaines années environ. Pour le contexte, le projet italien DAMA/LIBRA collecte des données depuis plus de vingt ans.

« Reproduire est une expérience difficile, c’est très délicat.

« Nous devons juste être capables de dire » oui « ou » non « si nous voyons le même signe que l’Italie, donc cela ne prendra pas longtemps.

« Mais si la réponse est oui – oh mon Dieu. »

Il y a maintenant cinq autres essais essayant de vérifier les résultats de la recherche italienne – en Espagne, en Corée, au Japon, en Autriche et aux États-Unis. Ce qui donne l’impression qu’il s’agit d’une sorte de course pour prouver l’existence de la matière noire.

Mais avec le seul détecteur de matière noire dans l’hémisphère sud, l’équipe de recherche de Stawell – composée de scientifiques de l’Université de technologie de Swinburne, de l’Université d’Adélaïde, de l’Université nationale australienne, de l’Université de Sydney, de l’Organisation australienne des sciences et technologies nucléaires ( ANSTO), ainsi que l’Université de Melbourne – est en siège Box pour la découverte majeure du siècle.

Le professeur Barberio semble en colère quand je dis cela, puis rit.

« Non seulement ce siècle – ce sera l’une des plus grandes découvertes de tous les temps – découvrez de quoi est fait l’univers. »


Trouver de la matière noire dans le noir


Introduction de
Université de Melbourne

la citation: Deep Prospecting for Dark Matter (2022, 22 août) Extrait le 23 août 2022 de https://phys.org/news/2022-08-deep-dark.html

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