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Les théoriciens du nucléaire s’associent pour explorer les particules à « saveur lourde »

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Les théoriciens du nucléaire s’associent pour explorer les particules à « saveur lourde »

Des scientifiques du Laboratoire national de Brookhaven du Département américain de l’énergie participeront à une nouvelle collaboration théorique thématique financée par le Bureau de physique nucléaire du Département américain de l’énergie pour explorer le comportement des particules dites « lourdes en saveur ».

Ces particules sont constituées de quarks « charm » et « down », qui sont plus lourds et plus rares que les quarks « up » et « down » qui composent les protons et les neutrons dans les noyaux atomiques ordinaires. En comprenant comment ces particules exotiques se sont formées, ont évolué et ont interagi avec le milieu créé lors de puissantes collisions de particules, les scientifiques acquerront une compréhension plus approfondie de la forme unique de matière connue sous le nom de plasma quark-gluon (QGP) qui a rempli l’univers primitif.

Ces expériences se déroulent au collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) du laboratoire de Brookhaven et au grand collisionneur de hadrons (LHC) du laboratoire européen du CERN. Les scientifiques accélèrent et écrasent les noyaux d’atomes lourds à des énergies suffisamment élevées pour libérer ensemble des quarks et des gluons similaires à la matière ordinaire. Ces collisions créent une soupe de quarks et de gluons un peu comme la matière qui était présente après le Big Bang, il y a environ 14 milliards d’années.

Une théorie puissante, connue sous le nom de chromodynamique quantique (QCD), décrit très précisément comment les quarks du plasma interagissent avec les gluons. Mais comprendre comment ces interactions fondamentales conduisent aux propriétés complexes du plasma – un milieu dense d’un billion de degrés qui s’écoule comme un liquide sans résistance – reste un défi majeur dans la recherche moderne.

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La théorie des saveurs lourdes (HEFTY) de la QCD Matter Topical Theory Collaboration, qui sera dirigée par Ralf Rapp de l’Université Texas A et M, cherche à combler cette lacune dans la compréhension en développant un cadre théorique rigoureux et complet pour décrire comment les particules de saveur lourdes interagissent avec QGP.

a déclaré Peter Petrichki, un théoricien du Brookhaven Lab qui sera le porte-parole de la collaboration avec Ramona Vogt du Lawrence Livermore National Laboratory du ministère de l’Énergie.

« Notre cadre fournira également une base pour l’utilisation de particules à saveur lourde comme sonde dans un futur collisionneur d’électrons et d’ions (EIC). Les futures expériences à l’EIC étudieront différentes formes de matière nucléaire froide qui sont des précurseurs du QGP en laboratoire. », a déclaré Petrichke.

Dans les collisions d’ions lourds au RHIC et au LHC, des quarks lourds magiques et bottom sont produits lors de la collision initiale des noyaux en collision. Leurs grandes masses provoquent un mouvement diffus qui pourrait servir de marqueur pour les interactions dans le QGP, y compris le processus de base des quarks se liant pour former des particules composites appelées hadrons.

« Le cadre doit décrire ces particules depuis leur production initiale lorsque les noyaux entrent en collision pour la première fois, jusqu’à leur propagation ultérieure par QGP et hadronisation », a déclaré Petreczky. « Ces descriptions doivent être incluses dans des simulations numériques réalistes qui permettent des comparaisons quantitatives avec des données expérimentales. »

Swagato Mukherjee du Brookhaven Lab sera co-investigateur principal de la collaboration et sera responsable des calculs QCD quadrillés. Ces calculs nécessitent certains des superordinateurs les plus puissants au monde pour manipuler le réseau complexe de variables impliquées dans les interactions quark-gluon.

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« Récemment, il y a eu des progrès significatifs dans les calculs QCD de réseau liés aux sondes de saveur QGP-lourdes », a déclaré Mukherjee. « Nous sommes à une époque passionnante où les installations de calcul exascale et le soutien grâce à une collaboration in situ nous permettront d’effectuer des calculs réalistes des quantités fondamentales nécessaires à l’interprétation théorique des résultats expérimentaux sur les sondes de saveur lourdes. »

En plus du réseau QCD, la collaboration utilisera une variété de méthodes théoriques, y compris une analyse statistique rigoureuse des données pour obtenir les propriétés de transport du QGP.

« Le cadre résultant nous aidera à démêler les processus microscopiques fondamentaux qui régissent les propriétés QGP, fournissant ainsi des informations sans précédent sur le fonctionnement interne de la matière nucléaire basée sur QCD », a déclaré Raab de Texas A&M, le chercheur principal du projet. .

La collaboration HEFTY recevra 2,5 millions de dollars du bureau des sciences du ministère de l’Énergie, Bureau of Nuclear Physics, sur cinq ans. Ce financement fournira un soutien partiel à six étudiants diplômés et trois stagiaires postdoctoraux dans 10 établissements, ainsi qu’un poste de cadre supérieur dans un laboratoire national. Elle créera également un poste de professeur junior sur un pont à la Kent State University.


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Popcorn nucléaire : les noyaux lourds changent de forme à différentes énergies

Lemont IL (@SPX) 02 décembre 2022

Tout dans l’univers, des plus grandes galaxies aux atomes individuels, est régi par quatre forces fondamentales qui, ensemble, décrivent comment les particules interagissent les unes avec les autres et façonnent le monde tel que nous le connaissons. Ceux-ci incluent l’électromagnétisme, la gravité, les forces nucléaires fortes et faibles. Suite à une étude récente du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) et de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, les chercheurs sont sur le point de comprendre… Lire la suite


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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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