Expériences extrêmes : Les laboratoires qui poussent la science à ses limites - 1

Les scientifiques déploient des efforts extraordinaires pour élargir notre compréhension des phénomènes radicaux dans les laboratoires les plus extrêmes de la Terre.

Le plus profond (et le plus propre)

SNOLAB, Ontario, Canada

© Photothèque scientifique

Même un méchant de Bond pourrait considérer SNOLAB trop éloigné pour un repaire souterrain. Le laboratoire le plus profond et le plus propre de la Terre se trouve à deux kilomètres sous terre, dans une mine de nickel et de cuivre en Ontario, au Canada.

La couche profonde de roche entre les 5 000 m2 laboratoire et la surface de la Terre le protège du rayonnement cosmique qui, autrement, interférerait avec ses expériences sensibles. Le laboratoire recherche les neutrinos solaires (particules subatomiques extrêmement petites produites par le Soleil) et la matière noire, les 27% estimés de la matière dans l’Univers qui reste un mystère pour nous.

Mais installer un laboratoire propre et étincelant dans une mine a ses inconvénients. En plus d’une marche de 1,5 km entre l’ascenseur et le laboratoire, les chercheurs et le personnel de soutien doivent subir un long processus de nettoyage comprenant des douches, des bottes lavées au jet d’eau et des vêtements lavés en laboratoire pour s’assurer qu’aucune saleté ou particule de mine ne pénètre dans l’installation. .

Le laboratoire contient également les toilettes à chasse d’eau souterraines les plus profondes au monde.

Le plus fort

Installation d’essai acoustique réverbérante de la NASA, Ohio, États-Unis

Installation d'essai acoustique réverbérante de la NASA

© NASA/GRC

Le lancement de fusées est une activité bruyante, et les scientifiques doivent s’assurer que les charges utiles peuvent résister aux sons extrêmement forts impliqués dans le décollage et l’ascension dans l’espace.

Le Reverberant Acoustic Test Facility de la NASA effectue une partie d’une série de tests que le matériel complexe et sensible doit subir avant d’être jugé prêt à décoller, en le soumettant à des bruits pouvant atteindre 163 décibels.

Afin de produire les sons nécessaires, le Reverberant Acoustic Test Facility de la NASA utilise 36 énormes cornes, qui sont alimentées par le changement de pression lorsque l’azote liquide se transforme en gaz. Chacun des klaxons – qui peut produire des volumes égaux à des milliers de haut-parleurs domestiques – émet différentes gammes de fréquences, de sorte que le bruit peut être adapté aux exigences nécessaires.

La plus brillante

Laboratoire de lumière extrême, Nebraska, États-Unis

Laboratoire Lumière Extrême

© Université du Nebraska-Lincoln

Un autre laboratoire qui doit garder un œil sur sa propreté est chargé de produire la lumière la plus brillante jamais connue sur Terre. L’Extreme Light Laboratory de l’Université du Nebraska-Lincoln a battu des records en 2017 en générant une lumière un milliard de fois plus brillante que la surface du Soleil.

La lumière est produite en focalisant un faisceau laser de manière extrêmement intense, puis en l’utilisant pour bombarder un seul électron avec des impulsions laser courtes et puissantes, chacune d’une fraction de seconde seulement mais avec plus de puissance qu’un billion d’ampoules.

Vous pourriez penser qu’une telle lumière extrême nécessiterait une énorme machine, mais en fait, l’équipement est suffisamment petit pour tenir dans un laboratoire ordinaire. Les chercheurs portent des lunettes de sécurité, des filets à cheveux et d’autres vêtements de protection pour protéger l’équipement de la poussière.

Le plus haut

Pyramid Lab, Vallée du Khumbu, Népal

Pyramid Lab, vallée du Khumbu

©Getty Images

Niché dans la vallée du Khumbu au Népal, à un peu plus de 5 000 m d’altitude dans le parc national de Sagarmatha, se trouve le Pyramid Lab. Située à 7,2 km du camp de base de l’Everest, la pyramide de verre, d’aluminium et d’acier de 8,4 m de haut génère sa propre énergie à partir de panneaux solaires.

Le projet Pyramid Lab est le résultat d’une course scientifique entre deux équipes de recherche – une américaine et une italienne – pour déterminer si le mont K2 au Pakistan était en fait plus haut que l’Everest. De la collaboration italienne est née l’idée d’une station de recherche pour abriter la recherche à haute altitude et remplacer les tentes et les générateurs peu fiables sur lesquels les chercheurs dépendaient auparavant.

Le laboratoire a été ouvert en 1990 et a été utilisé par des centaines de scientifiques pour mener des recherches environnementales, géologiques et sanitaires à haute altitude. Malheureusement, le financement du laboratoire a été gelé en 2015, le fermant aux chercheurs et mettant en danger les données de ses divers instruments de surveillance environnementale.

Le plus froid

Fallturm, Brême, Allemagne

Drop Tower, Brême

© ZARM/Université de Brême

S’élevant à 146 m au-dessus de l’Université de Brême, la tour de chute de Brême, ou Fallturm, ressemble un peu à la tour de Raiponce. Mais son apparence cache des machines innovantes, utilisées par les scientifiques pour effectuer des expériences de gravité proche de zéro en les déposant à l’intérieur de la tour pour atteindre l’apesanteur.

Certaines expériences se concentrent sur les performances des équipements destinés à l’espace, d’autres utilisent l’absence de gravité pour explorer des phénomènes qui ne sont pas détectables en gravité normale. L’un de ces projets produit des « condensats de Bose-Einstein », des nuages ​​de gaz de faible densité qui sont refroidis à un niveau proche du zéro absolu. À des températures aussi basses, tous les atomes fusionnent et commencent à agir comme un seul atome, permettant aux chercheurs d’étudier la mécanique quantique.

En 2021, les chercheurs produisant ces condensats ont atteint une température de 38 billionièmes de degré plus chaude que le zéro absolu, pour un total de deux secondes. Auparavant, la température la plus froide identifiée n’importe où dans l’Univers était la nébuleuse du Boomerang, située à 5 000 années-lumière de la Terre. A -272°C, il fait 1°C de plus que le zéro absolu.

L'intérieur de Fallturm, Brême

© ZARM/Université de Brême

Le plus silencieux

Laboratoires Orfield, Minneapolis, États-Unis

Laboratoires Orfield, Minneapolis

© Alamy

Il n’est pas rare d’aspirer à la paix et à la tranquillité, mais certains endroits peuvent être trop calmes. On dit que c’est le cas pour la chambre anéchoïque («sans écho») d’Orfield Labs à Minneapolis, autrefois surnommée «l’endroit le plus calme de la planète».

Isolées du reste du monde par des couches d’acier et de béton, et tapissées d’épaisses formes en fibre de verre, les parois de la chambre absorbent 99,9 % du son. La chambre mesure -9 décibels (environ 0 décibels est le son le plus silencieux qu’un humain puisse entendre). C’est un endroit idéal pour les fabricants pour tester leurs produits – comment fonctionne leur haut-parleur, ou si un nouveau gadget fait trop de bruit, par exemple – mais c’est moins agréable de traîner.

Nous sommes habitués à ce que les sons se reflètent sur les surfaces, de sorte que toute personne dans la chambre devient rapidement mal à l’aise en raison de la qualité sonore étrange. En l’absence de tout autre son, ils commencent à entendre les fonctions de leur propre corps – comme le sang qui bat dans leur cerveau – et peuvent être désorientés sans les signaux auditifs habituels qui nous enracinent.

Le plus large

CERN, France/Suisse

LHC au CERN

© CERN

Le plus grand laboratoire du monde est probablement aussi le plus célèbre : le CERN. Abritant le Grand collisionneur de hadrons (LHC), qui a été utilisé pour trouver le boson de Higgs théorisé en 2012 (une détection qui a valu à ses découvreurs un prix Nobel), la maison du CERN dans la campagne en dehors de Genève couvre 550 hectares (1 360 acres) à travers la Suisse et la France et accueille plus de 12 000 scientifiques.

Le LHC est aussi la plus grande machine du monde. Situé à près de 100 mètres sous terre, son anneau de 27 km d’aimants supraconducteurs fonctionne avec un certain nombre d’autres structures pour accélérer les particules subatomiques, en les faisant entrer en collision et en surveillant les résultats dans le but de recréer les conditions du Big Bang et de percer les secrets de comment l’Univers s’est formé.

Après une pause de trois ans, au cours de laquelle il a été remanié pour devenir plus puissant et inclure davantage d’expériences, le faisceau du LHC a redémarré et les scientifiques sont ravis de voir ce qui sera découvert ensuite.

Le plus chaud

Collisionneur d’ions lourds relativistes, New York, États-Unis

Collisionneur d'ions lourds relativiste

© Laboratoire national de Brookhaven

S’en tenant aux collisionneurs, les chercheurs utilisant le Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) au Laboratoire national de Brookhaven dans l’État de New York ont ​​atteint la température la plus chaude enregistrée sur Terre.

Le RHIC est spécialisé dans la collision de particules plus grosses et plus lourdes telles que les ions d’or (atomes d’or qui ont perdu des électrons). En écrasant des ions d’or les uns contre les autres dans l’anneau de collisionneur de 3,8 km du RHIC à une vitesse proche de la lumière, une température de quatre billions de degrés Celsius – environ 250 000 fois plus chaude que le centre du Soleil – a été produite pendant une fraction de seconde.

La collision « fait fondre » les protons et les neutrons dans les ions d’or, libérant leurs composants quarks et gluons et formant un plasma quark-gluon. Mais il ne s’agit pas seulement de battre des records. On pense que ce plasma a rempli l’Univers peu de temps après le Big Bang, son étude pourrait donc nous en dire plus sur les premières secondes de l’Univers.

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