De l’argon presque pur laissé intact depuis que la formation de la Terre pourrait bientôt révéler des secrets sur la matière noire de l’univers

L’argon d’une source 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 dépôt d’argon pratiquement pur qui n’a pas été dérangé depuis la formation de la Terre est sur le point d’aider les physiciens à en savoir plus sur l’univers.

Le projet Urania, dirigé par Andrew Renshaw, professeur agrégé de physique à 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 avec 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’agence de financement italienne Istituto Nazionale Fisica Nucleare (INFN).

Facilité du projet Urania

L’installation du projet Urania dans le sud-ouest du Colorado sera située le long d’un site de forage de gaz naturel existant. L’installation abritera une usine de traitement qui a été conçue spécifiquement pour ce projet et construite en Sardaigne, en Italie, puis expédiée au 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 utilisé 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 rare. 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 du gaz argon découvert dans un site de forage de gaz naturel du sud-ouest du Colorado exploité par Kinder Morgan, une société de forage et de pipeline basée à Houston.

“Notre installation existera en tant que fonction parallèle à l’installation Doe Canyon de Kinder Morgan, qui extrait déjà du CO2 (dioxyde de carbone) du manteau terrestre dans le cadre de son extraction de gaz naturel”, a déclaré Renshaw. “Ce flux de CO2 provenant de ces puits souterrains profonds de Kinder Morgan contient une petite quantité d’argon à faible radioactivité, qui devient un sous-produit de leur production de gaz naturel, mais est un outil que nous pouvons utiliser. C’est intéressant car 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 bruit de fond. »

En fin de compte, 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 au LNGS pour être inséré dans le détecteur souterrain, appelé DarkSide-20k.

Andrew Renshaw

Andrew Renshaw, professeur agrégé de physique à l’Université de Houston, supervisera l’installation du projet Urania et la mise en service de sa structure à l’échelle industrielle 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 l’argon 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 matière noire de l’univers et acquérir la capacité de détecter les neutrinos provenant de sources astrophysiques.

L’argon (en abrégé Ar) – incolore, inodore, insipide – est répertorié à l’extrême droite du tableau périodique avec les cinq autres “gaz nobles” (ce qui signifie qu’ils sont inertes ou presque chimiquement non réactifs). Étant l’un des éléments terrestres les plus courants, l’argon se trouve presque partout. Les scientifiques peuvent le récolter facilement dans l’atmosphère.

Alors pourquoi cet argon spécifique au Colorado est-il si important pour le projet Urania et l’expérience DarkSide-20k en Italie ?

“Parce que c’est presque 100% argon-40, ayant été protégé profondément sous terre depuis la formation de la terre”, a expliqué Renshaw. “Au cours de la même période, l’argon de l’atmosphère a été constamment bombardé par des rayons cosmiques, le chargeant d’argon-39, qui se désintègre ensuite via l’émission bêta et peut obscurcir les signaux du détecteur de particules DarkSide-20k. Cela signifie que l’argon extrait du sous-sol profond du Colorado permettra à DarkSide-20k d’être rempli avec presque 100% d’argon-40 pur, réduisant considérablement le taux de fond global du détecteur et permettant de nombreuses études de sensibilité. »

Ce que les chercheurs espèrent révéler avec le détecteur de particules DarkSide-20k (qui devrait fonctionner 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 apporter la lumière sur l’un des mystères les plus sombres du cosmos.

Leave a Comment