Une source d’argon spéciale pourrait bientôt aider à révéler des secrets sur la matière noire de l’univers.
Des chercheurs de l’Université de Houston vont créer une installation pour extraire de l’argon exceptionnellement pur du site du Colorado.
Un gisement d’argon pratiquement pur qui n’a pas été perturbé depuis la formation de la Terre est sur le point d’aider les physiciens à en apprendre davantage sur l’univers.
Le projet Urania, dirigé par Andrew Renshaw, professeur associé de physique de l’Université de Houston au College of Natural Sciences and Mathematics, supervisera l’installation et la mise en service d’une structure à l’échelle industrielle dans le sud-ouest du Colorado grâce à une subvention de 2,9 millions de dollars de la National Science Foundation. Simultanément, en Sardaigne, en Italie, des chercheurs concevront et construiront une usine de traitement spécialisée qui sera envoyée au Colorado avec l’aide de l’organisme de financement italien Istituto Nazionale Fisica Nucleare (INFN).
L’installation du projet Urania, dans le sud-ouest du Colorado, sera située à côté d’un site de forage de gaz naturel existant. L’installation abritera une usine de traitement conçue spécifiquement pour ce projet et construite en Sardaigne, en Italie, puis expédiée sur le site du Colorado. Crédit : Université de Houston
À l’intérieur de l’installation combinée – l’usine de traitement construite en Italie et la structure extérieure construite sur place par le projet Urania (du nom de la muse grecque de l’astronomie) – l’argon sera extrait, purifié et expédié au Laboratorio Nazionale Gran Sasso (LNGS) en Italie. Là, il sera employé dans la recherche de réponses à certaines des énigmes les plus difficiles de l’univers.
Argon est un élément chimique de numéro atomique 18 et de symbole Ar. Il appartient au groupe 18 du tableau périodique et est un gaz noble. L’argon est le troisième gaz le plus abondant dans l’atmosphère terrestre, représentant 0,934 % du total (9340 ppmv). L’argon est le gaz noble le plus abondant dans la croûte terrestre, représentant environ 0,00015 % de la croûte.
Cependant, avant que l’équipe puisse regarder vers l’extérieur parmi les étoiles, elle doit d’abord atteindre les profondeurs de la terre.
Pour être précis : Ils doivent veiller à l’extraction et au traitement de l’argon découvert sur un site de forage de gaz naturel dans le sud-ouest du Colorado, exploité par Kinder Morgan, une société de forage et de pipelines basée à Houston.
“Notre installation sera une fonction secondaire de l’installation Doe Canyon de Kinder Morgan, qui extrait déjà le CO2 (dioxyde de carbone) du manteau terrestre dans le cadre de son exploitation du gaz naturel”, a déclaré M. Renshaw. “Ce flux de CO2 provenant des puits souterrains de Kinder Morgan contient une petite quantité d’argon à faible radioactivité, qui devient un sous-produit de la production de gaz naturel, mais qui est un outil que nous pouvons utiliser. C’est intéressant parce que l’argon à faible radioactivité peut être un atout majeur pour nos recherches, car c’est un élément très agréable à utiliser à l’intérieur d’un détecteur de particules à faible fond.”
Au final, l’argon est séparé du dioxyde de carbone sur le site de Kinder Morgan, puis expédié dans des cylindres à haute pression spécialement conçus pour ce projet, en Sardaigne, où il sera encore traité puis finalement expédié à LNGS pour être inséré dans le détecteur souterrain, appelé DarkSide-20k.
Andrew Renshaw, professeur associé de physique à l’Université de Houston, supervisera l’installation et la mise en service de la structure à échelle industrielle du projet Urania dans le sud-ouest du Colorado. Son objectif particulier sera d’extraire et de traiter l’argon presque pur qui sera utilisé par le détecteur de particules DarkSide 20k situé en Italie. Crédit : Université de Houston
“Une fois que l’argon est liquéfié, il peut être utilisé sur le site de recherche du LNGS pour détecter les particules en fonction de leur interaction avec l’argon liquide”, a déclaré Renshaw. Grâce à ces études, l’équipe espère rassembler des preuves de la présence de matière noire dans l’univers et acquérir la capacité de détecter les neutrinos provenant de sources astrophysiques.
L’argon (en abrégé Ar) – incolore, inodore, insipide – figure à l’extrême droite du tableau périodique avec les cinq autres “gaz nobles” (ce qui signifie qu’ils sont inertes, c’est-à-dire presque inaptes à réagir chimiquement). L’argon étant l’un des éléments les plus courants de la Terre, on le trouve presque partout. Les scientifiques peuvent le récolter facilement dans l’atmosphère.
Alors pourquoi cet argon spécifique du Colorado est-il si important pour le projet Urania et l’expérience DarkSide-20k en Italie ?
“Parce qu’il est composé à presque 100 % d’argon 40 et qu’il a été protégé dans les profondeurs de la terre depuis le début des années 1960.formation de la terre”, explique Renshaw. “Pendant le même laps de temps, l’argon de l’atmosphère a été constamment bombardé par les rayons cosmiques, le chargeant d’argon-39, qui se désintègre ensuite par émission bêta et peut brouiller les signaux du détecteur de particules DarkSide-20k. L’argon extrait des profondeurs du Colorado permettra donc de remplir DarkSide-20k avec de l’argon-40 pur à presque 100 %, ce qui réduira considérablement le taux de fond global du détecteur et permettra de réaliser de nombreuses études de sensibilité.”
Ce que les chercheurs espèrent révéler avec le détecteur de particules DarkSide-20k (qui devrait être en service pendant une décennie, à partir de 2025), ce sont des signes de matière noire dans l’univers – ce qu’elle est, comment elle se comporte et pourquoi elle existe. En d’autres termes, ils espèrent faire la lumière sur l’un des plus sombres mystères du cosmos.
