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Une nouvelle recherche utilise une antenne « parabolique » coaxiale pour rechercher la matière noire

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Une nouvelle recherche utilise une antenne « parabolique » coaxiale pour rechercher la matière noire

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Présentation du design du pain. La structure en forme de « Hershey's Kiss » dirige les signaux potentiels de matière noire vers le détecteur de couleur cuivre sur la gauche. Le détecteur est suffisamment compact pour tenir sur une table. Crédit : Collaboration Pain

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Présentation du design du pain. La structure en forme de « Hershey's Kiss » dirige les signaux potentiels de matière noire vers le détecteur de couleur cuivre sur la gauche. Le détecteur est suffisamment compact pour tenir sur une table. Crédit : Collaboration Pain

L’un des plus grands mystères de la science moderne est la matière noire. Nous savons que la matière noire existe grâce à ses effets sur d’autres objets de l’univers, mais nous n’avons jamais pu la voir directement. Ce n’est pas simple : actuellement, les scientifiques estiment qu’elle constitue environ 85 % de la masse totale de l’univers.

Une nouvelle expérience de collaboration menée par l'Université de Chicago et le Fermi National Accelerator Laboratory, connue sous le nom de Broadband Reflector Experiment for Axion Detection ou BREAD, a publié ses résultats. Premiers résultats À la recherche de la matière noire dans une étude publiée dans Lettres d'examen physique. Bien qu’ils n’aient pas trouvé de matière noire, ils ont réduit les contraintes quant à l’endroit où elle pourrait se trouver et ont démontré une approche unique qui pourrait accélérer la recherche de la matière mystérieuse, avec relativement peu d’espace et de coût.

« Nous sommes très enthousiasmés par ce que nous avons pu faire jusqu'à présent », a déclaré UChicago Assoc. Le professeur David Miller, co-responsable de l'expérience avec Andrew Sonnenschein du Fermilab, qui a initialement développé le concept de l'expérience. « Cette conception présente de nombreux avantages pratiques, et nous avons déjà démontré la meilleure sensibilité à ce jour à cette fréquence de 11-12 GHz. »

« Ce résultat constitue une étape importante pour notre concept, démontrant pour la première fois la puissance de notre approche », a déclaré Stefan Knierk, chercheur postdoctoral au Fermilab et auteur principal de l'étude, qui a dirigé la construction et l'exploitation du détecteur. « C'est formidable de pouvoir réaliser ce type de science créative à l'échelle de la table, où une petite équipe peut tout faire, de la construction de l'expérience à l'analyse des données, tout en ayant un impact énorme sur la physique des particules moderne. »

« Il y a quelque chose »

Lorsque nous regardons autour de l’univers, nous pouvons voir qu’il existe une sorte de matière exerçant suffisamment de gravité pour attirer les étoiles et les galaxies et transmettre la lumière, mais aucun télescope ou instrument n’a été capable de capturer directement la source – d’où le nom de « matière noire ». .»

Cependant, comme personne n’a jamais vu de matière noire, nous ne savons pas exactement à quoi elle ressemble ni même exactement où la chercher. « Nous sommes convaincus qu'il existe quelque chose, mais cela peut prendre de très nombreuses formes », a déclaré Miller.

Les scientifiques ont cartographié plusieurs des options les plus probables en matière de lieux et de formes à rechercher. Généralement, l’approche consiste à construire des détecteurs pour effectuer une recherche très complète d’une zone spécifique (dans ce cas, une gamme de fréquences) afin de l’exclure.

Mais une équipe de scientifiques a découvert une approche différente. Leur conception est « large bande », ce qui signifie qu’ils peuvent rechercher un plus large éventail de possibilités, bien qu’avec une résolution légèrement inférieure.

« Si vous y pensez comme à la radio, la recherche de matière noire revient à régler un cadran pour rechercher une station de radio spécifique, sauf qu'il y a un million de fréquences à vérifier », a déclaré Miller. « Notre approche revient à réaliser une enquête globale auprès de 100 000 stations de radio, plutôt que de quelques-unes seulement. »

Preuve de concept

Le détecteur de pain recherche un sous-ensemble spécifique de probabilités. Il est conçu pour rechercher la matière noire sous la forme de ce que l’on appelle des « axones » ou des « photons noirs » – des particules de très petite masse qui peuvent être converties en photon visible dans de bonnes conditions.

Ainsi, BREAD se compose d’un tube métallique doté d’une surface incurvée qui capture et transmet les photons potentiels à un capteur situé à une extrémité. Tout est suffisamment petit pour tenir dans vos bras, ce qui est inhabituel pour ce type d'expérience. Dans la version complète, BREAD sera installé à l’intérieur de l’aimant pour générer un champ magnétique puissant, augmentant ainsi les chances de transformer les particules de matière noire en photons.

Pour prouver le principe, l’équipe a mené l’expérience sans aimant. La collaboration a fait fonctionner le prototype de l'appareil à l'Université de Chicago pendant environ un mois et analysé les données.

Les scientifiques ont déclaré que les résultats étaient très prometteurs, car ils montraient une très grande sensibilité à la fréquence choisie.

Depuis que les résultats sont parus dans Lettres d'examen physique Accepté, BREAD est déplacé à l'intérieur d'un aimant IRM réutilisé au Laboratoire national d'Argonne et prend plus de données. Son dernier domicile, au Fermi National Accelerator Laboratory, utilisera des aimants plus puissants.

« Ce n'est que la première étape d'une série d'expériences passionnantes que nous prévoyons », a déclaré Sonnenshein. « Nous avons de nombreuses idées pour améliorer la sensibilité de notre recherche d'axions. »

« Il y a encore beaucoup de questions ouvertes en science et une énorme marge de manœuvre pour de nouvelles idées créatives pour répondre à ces questions », a déclaré Miller. « Je pense qu'il s'agit d'un exemple vraiment remarquable de ce type d'idée créative – dans ce cas, des partenariats de collaboration percutants entre la science à plus petite échelle dans les universités et la science plus large dans les laboratoires nationaux. »

L'instrument BREAD a été construit au Fermilab dans le cadre du programme de recherche et développement en détection du laboratoire, puis exploité à l'Université de Chicago, où les données de cette étude ont été collectées. Gabe Hoshino, étudiant diplômé de l'Université de Chicago, a dirigé les opérations du détecteur, aux côtés des étudiants de premier cycle Alex Lapointe et Mira Litman.

Le Laboratoire national d'Argonne possède une installation magnétique qui sera utilisée pour la prochaine phase du programme de physique BREAD. D'autres institutions, notamment le SLAC National Accelerator Laboratory, le Lawrence Livermore National Laboratory, l'Illinois Institute of Technology, le MIT, le Jet Propulsion Laboratory, l'Université de Washington, Caltech et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, travaillent avec l'Université de Chicago et Fermilab en recherche et développement pour les futures versions d'Experience.

Plus d'information:
Stefan Knierk et al., Premiers résultats d'une recherche à grande échelle de photons noirs pour la matière noire dans la plage de 44 à 52 μV à l'aide d'une antenne parabolique coaxiale, Lettres d'examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.131004

Informations sur les magazines :
Lettres d'examen physique


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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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Découvrir les origines des cratères des dômes de Ganymède et Callisto

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Découvrir les origines des cratères des dômes de Ganymède et Callisto
Les articles des éditeurs sont des résumés de recherches récentes publiées par les éditeurs des revues de l’American Geophysical Union.
source: Journal de recherche géophysique : Planètes

le En voyageant Le vaisseau spatial a été le premier à observer les cratères du dôme central sur les lunes glacées Ganymède Et Callisto en 1979. Ces cratères étaient remarquables car ils étaient uniques à ces mondes glacés et étaient susceptibles de révéler des informations importantes sur la formation des lunes glacées et leur évolution interne.

Les dômes centraux sont plus larges, plus lisses et plus arrondis que les cratères centraux traditionnels (tels que ceux que l’on trouve sur la Lune ou sur d’autres corps rocheux). Ils ne se produisent également que dans des cratères de plus de 60 km de long et sont généralement plus grands qu’une autre classe de cratères appelés cratères centraux.

Ces indices ont conduit Kosi et coll. [2024] Nous utilisons un modèle numérique de l’évolution des cratères centraux en cratères à dôme central. La chaleur restante de l’impact lui-même est concentrée sous le cratère central, ce qui rend cette glace plus chaude et plus mobile que la glace environnante. Cette glace centrale en mouvement peut s’écouler et s’élever plus facilement en réponse au champ de pression créé par la topographie du cratère. La modélisation suggère que les dômes centraux pourraient se former relativement rapidement (dans un délai de 10 millions d’années) lorsqu’il y a un flux de chaleur global suffisant en provenance de Ganymède ou de Callisto.

Citation : Caussi, ML, Dombard, AJ, Korycansky, DG, White, OL, Moore, JM et Schenk, PM (2024). Les cratères de dôme sur Ganymède et Callisto peuvent s’être formés par relaxation topographique des cratères aidé par la chaleur d’impact résiduelle. Journal de recherche géophysique : Planètes129, e2023JE008258. https://doi.org/10.1029/2023JE008258

—Kelsey Singer, rédactrice adjointe, JGR : Planètes

Texte © 2024. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
Sauf indication contraire, les images sont soumises au droit d’auteur. La réutilisation est interdite sans l’autorisation expresse du titulaire des droits d’auteur.

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