La fusion nucléaire de l’explosion du Big Bang recréée sous une montagne italienne

Que vous soyez fan d’astrophysique ou pas, le Big Bang n’est sûrement plus à présenter ! Mais saviez-vous qu’il existe toujours actuellement un vestige de nos origines cosmiques ? Il s’agit du « deutérium », un isotope de l’hydrogène qui s’est formé juste quelques minutes après le Big Bang.  

Des scientifiques italiens ont décidé d’étudier le deutérium afin de comprendre l’environnement trouble et l’expansion rapide qui ont façonné la naissance de l’Univers. Dans un article publié le 11 novembre dans la revue Nature, les chercheurs ont expliqué que le deutérium est « un excellent indicateur des paramètres cosmologiques dans l’univers primitif ». A cette époque, il y était en effet présent en abondance, ce qui serait « intimement liée à la densité de la matière atomique normale ».

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Pour comprendre à quoi ressemblait l’Univers en tant que nouveau-né, les scientifiques ont alors effectué des expériences qui visent à recréer la fusion nucléaire du Big Bang.

Des expériences menées sous terre

Les expériences ont été menées par Carlo Gustavino et Sandra Zavatarelli, tous deux physiciens nucléaires à l’Institut national italien de physique nucléaire. Et comme vous devez bien vous en douter, ce n’est pas n’importe où que le duo a tenté de « recréer » la naissance de l’Univers. C’est en effet dans le Laboratoire d’Astrophysique Nucléaire Souterraine (LUNA), qui se trouve à un peu plus d’un km sous le massif rocheux du Gran Sasso, que toutes les expériences ce sont déroulées.

Les chercheurs y ont expérimenté un processus appelé « combustion ou fusion de deutérium » durant  lequel ils ont utilisé un accélérateur de particules pour tirer des milliards de protons par seconde sur un noyau de deutérium. Le but est de former un noyau d’hélium-3 lorsqu’un proton est absorbé par le deutérium, ce qui n’est toutefois arrivé qu’en de rares occasions.

Selon les chercheurs, c’est parce qu’il s’agit d’une réaction délicate qui nécessite un environnement spécial, loin de l’interférence des « muons des rayons cosmiques », des particules rejetées par des sources énergétiques (étoiles, supernovae…) jusque sur Terre. En effet, il se trouve que ces muons des rayons cosmiques perturbent le processus de fusion de deutérium, provoquant des faux positifs.  

D’où le choix de mener les expériences sous une montagne. Comme l’expliquent Carlo Gustavino et Sandra Zavatarelli: « l’expérience LUNA est particulièrement bien placée pour surmonter ce problème car son emplacement sous la montagne du Gran Sasso réduit considérablement le fond cosmique. » 

Un travail de (très) longue haleine

Pour Carlo Gustavino et Sandra Zavatarelli, le but de toutes ces expériences est de « mesurer et estimer l’abondance et le comportement du deutérium dans les minutes qui ont suivi le Big Bang. » Ils ont confié avoir travaillé pendant des années avant d’avoir enfin pu réussir à recréer l’explosion du Big Bang : « nous avons passé beaucoup de temps à recouper chaque détail de notre configuration expérimentale et de l’étalonnage de nos instruments […] La prise de données a duré plusieurs années. Chacun de nous a passé des semaines fatigantes sous terre, y compris les week-ends. »

Ils sont en tout cas fiers des premiers résultats obtenus et ne comptent pas s’arrêter en si bon chemin, car d’autres mystères attendent encore d’être résolus. « Notre étude règle un problème clé lié à l’abondance primordiale du deutérium. Cependant, d’autres énigmes demeurent même dans [la nucléosynthèse du Big Bang]. On ne sait toujours pas pourquoi les observations astronomiques rapportent une abondance trois fois plus grande de lithium primordial par rapport aux calculs. »