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Apr 28, 2023

L'humble neutron est sur le point de devenir plus puissant que jamais

Les neutrons ont un énorme potentiel pour faire avancer la science dans divers domaines.

Les neutrons ont un énorme potentiel pour faire avancer la science dans divers domaines.

Pour produire les neutrons libres nécessaires à l'expérimentation scientifique, une nouvelle installation est en cours de construction en Suède.

L'installation sera utilisée pour étudier des questions dans des domaines tels que l'imagerie, la science des matériaux et l'étude de l'antimatière.

Les neutrons sont un peu un héros méconnu dans le monde quantique. Ils ne sont pas chargés, ils ne se déplacent pas, et nous ne les comptons même pas en nombre atomique, même s'ils représentent une partie importante de la masse d'un atome.

Mais ils sont absolument critiques. Sans eux, rien n'existerait. Les neutrons permettent aux protons qui se repoussent habituellement de se regrouper dans un noyau et de créer un atome, qui constitue à peu près tout le reste. (Sauf dans l'hydrogène - un proton n'a pas besoin d'un neutron pour le contrecarrer.)

Non seulement les neutrons sont critiques, mais ils sont aussi utiles. Si utile, et si largement utile, en fait, qu'une installation de recherche entière en Suède appelée Source européenne de spallation (ESS) est actuellement en construction. Son objectif est de voir à quel point nous pouvons utiliser les neutrons en créant un faisceau de particules pouvant être utilisé pour diverses activités scientifiques.

L'ESS porte un nom descriptif, car la clé de l'utilisation des neutrons dans de nombreuses sciences est un processus appelé spallation. Cela implique de faire exploser les noyaux des atomes avec des particules à haute énergie afin que l'atome soit déstabilisé et que certains des neutrons s'envolent et deviennent libres. Les neutrons libres sont également produits par les interactions entre les rayons cosmiques et notre atmosphère, et par une partie de la radioactivité naturelle de la Terre.

Donc, une fois que les neutrons sont libres, quel genre d'efforts scientifiques sont sur la table ici ?

Eh bien, cela dépend de l'instrument que vous souhaitez utiliser. Lorsque l'ESS sera opérationnel, il abritera initialement 15 instruments à base de neutrons - dont beaucoup portent de très bons noms comme ODIN, BEER, T-REX et BIFROST) - chacun d'entre eux sera configuré pour utiliser de neutrons à sa manière.

Un instrument, par exemple, travaillera sur l'imagerie - pas exactement des rayons X fantaisistes, mais assez proches. Concentrez un faisceau de neutrons libres de la bonne manière et vous pourrez voir à travers un objet. Ce n'est pas révolutionnaire en soi, mais la nature des neutrons signifie que vous pouvez voir des choses différentes de celles que vous pourriez voir avec un faisceau de rayons X. Et en plus de cela, souvent, l'imagerie peut être effectuée sans endommager l'objet, ce qui est essentiel pour examiner des choses comme des parchemins anciens très délicats.

Un autre instrument sera utilisé pour créer efficacement des timelapses réels des effets des neutrons libres sur des objets qui peuvent être endommagés par une exposition répétée à ces particules. Nous savons que les neutrons libres peuvent détériorer les composants électriques au fil du temps, et le fait de pouvoir tester les effets à long terme de cette exposition dans un laboratoire permettra aux fabricants d'apprendre à fabriquer des composants plus résistants aux neutrons.

Et, ce qui est peut-être le plus excitant, quelques années après l'ouverture de l'ESS, lorsqu'il sera encore amélioré, l'installation commencera à rechercher le moment où un neutron passe de la matière à l'antimatière.

"Si vous observez quelque chose comme ça", a déclaré Valentina Santoro, physicienne des particules à l'ESS, dans un communiqué de presse, "vous pouvez comprendre l'un des plus grands mystères non résolus : pourquoi il y a plus de matière que d'antimatière dans l'univers".

"Vous avez juste besoin d'un neutron qui devient un antineutron, et c'est tout, vous avez trouvé ce processus où la matière devient de l'antimatière", a ajouté Santoro.

Nous avons un certain temps avant que l'ESS ne puisse commencer ses travaux - l'installation devrait être mise en ligne en 2027, et les expériences sur l'antimatière ne devraient pas commencer avant même cela. Mais une fois qu'il est opérationnel, faites attention. Le neutron est sur le point de nous montrer exactement pourquoi il ne faut pas le sous-estimer.

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