Laboratoires du Gran Sasso, l’univers souterrain

Lorsque la grande porte en acier s’ouvre et que la voiture entre par le tunnel du Gran Sasso au coeur de la montagne, on ressent le respect et l’émotion d’être admis dans un sanctuaire de la connaissance. C’est dans l’oxymore de enfermez-vous sous 1 400 mètres de roche pour explorer les étoiles et l’univers que l’esprit ressent le vertige, admiré pour l’extraordinaire capacité des scientifiques à émettre des hypothèses et à chercher des réponses là où il serait moins plausible pour un profane de les trouver.

Notre visite commence par expliquer pourquoi en 1979 le physicien Antonio Zichichi il a l’idée de doter l’Institut national de physique nucléaire, dont il est président, d’un grand laboratoire souterrain dédié à la physique fondamentale. Les laboratoires nationaux du Gran Sasso ne sont pas situés au cœur d’une montagne pour se cacher, mener des expériences secrètes ou cacher des matières dangereuses. A l’abri de la roche, les scientifiques cherchent des réponses à des questions telles que “Comment est né l’univers ?”, “Comment fonctionnent les étoiles ?”, “Quelle est la nature du neutrino ?”, “Qu’est-ce que la matière noire ?” car pour leurs expériences ils ont besoin un environnement à faible radioactivité naturelle. En fait, la montagne sert de parapluie qui s’abrite de la pluie cosmique. Dans les grands halls et les grandes galeries, grâce à la roche de type dolomitique, capable de réduire le flux de rayons cosmiques et ne contenant à elle seule qu’un faible pourcentage d’uranium et de thorium, principaux responsables de la radioactivité naturelle, les particules d’origine galactique pénètrent moins et extragalactique. C’est comme si dans les Laboratoires la voix de l’univers se faisait mieux entendre parce que le bruit de fond avait été réduit.
Zichichi, conscient de l’environnement nécessaire à l’étude de particules autrement très difficiles à observer, eut l’intuition de exploiter les travaux du tunnel de l’autoroute A24 Rome-L’Aquila pour la création d’un grand centre de recherche. Les travaux d’excavation pour la construction des salles souterraines d’un côté du tunnel autoroutier qui traverse le Gran Sasso ont commencé en 1982 et ont coûté 77 milliards de lires (moins de 40 millions d’euros). Les Laboratoires sont devenus opérationnels en 1987 et aujourd’hui, en raison de la taille et de la richesse des instruments scientifiques, sont la plus grande et la plus importante installation de ce type au monde, où 1 000 scientifiques de 30 pays sont engagés dans environ 20 expériences à divers stades de mise en œuvre. Le LNGS est l’un des quatre laboratoires de l’Institut national de physique nucléaire – les trois autres sont à Catane, Frascati (RM) et Legnaro (PD) – financés par le ministère de l’Université et de la Recherche, tandis que les projets sont des collaborations internationales et sont cofinancé par des universités et des organismes scientifiques du monde entier.
Le grandes salles creusées dans la roche, mesurant chacune 100 mètres de long, 20 de large et 18 de hautla technologie impressionnante nécessaire à la recherche et à l’obtention d’une climatisation optimale – en raison de la quantité d’eau présente dans la montagne, la température naturelle est d’environ 7 °C et l’humidité est de près de 100 % tout au long de l’année – ils peuvent donner l’impression que les coûts pour l’État sont énormes, mais les chiffres sont plutôt faibles.
“Dans notre bilan, ce qui pèse le plus, c’est la gestion ordinaire des structures – explique-t-il Carlo Bucci, chef de la Division de la Recherche – . Nous avons maintenant remporté un important appel d’offres financé par le Pnrr, grâce auquel nous allons réaliser une série d’améliorations et de modernisations du GNL, y compris la mise à niveau de l’efficacité énergétique, avec une série d’interventions sur des structures externes ».
À une courte distance de l’entrée des tunnels souterrains, à Assergi, se trouve en effet une partie externe du LNGS, qui abrite des bureaux, d’autres laboratoires, des services d’assistance, des salles de conférence et une bibliothèque. C’est dans la cantine avec vue panoramique que l’on comprend pourquoi les responsables répètent souvent des mots comme “internationalisation” et “démocratie de la recherche” et pourquoi des scientifiques du monde entier veulent apporter leurs expériences au Gran Sasso. Des femmes et des hommes d’origines et d’âges différents ne cessent de discuter de leur travail autour d’un plat de pâtes, leurs visages chauffés par la discussion révèlent la passion qui les rend capables de consacrer leur vie entière à tenter de confirmer une hypothèse.

Au-delà des machines sophistiquées et des structures impressionnantes des laboratoires, c’est le dialogue avec les maîtres d’œuvre qui mène au cœur de la recherche.

Marcellus Messine c’est le physicien qui coordonne l’une des expériences phares, XENONnT, au titre évocateur du matériau populaire du LNGS “Lighting up the dark”. Découvrez la nature de la matière noire, ou matière noire, est l’un des principaux défis de la physique moderne, puisque les observations astrophysiques ont sans doute montré que la majeure partie de la masse contenue dans les galaxies et dans les plus grandes structures observables du cosmos n’est pas lumineuse, c’est-à-dire qu’elle n’émet ni n’absorbe d’ondes électromagnétiques. rayonnement mais sombre. La matière noire pourrait être constituée d’une particule nouvelle encore inconnue, que l’expérience XENONnT cherche à identifier.
Messine, avec de nombreuses années d’expérience passée dans divers instituts de recherche étrangers tels que l’Université de Columbia et l’Université de New York à Abu Dhabi, explique tout cela devant une sorte de bâtiment de trois étages construit dans la galerie, réussissant entre-temps à éclairer même le ignorant en physique comme nous sur son expérience. La structure est transparente, à l’intérieur les chercheurs évoluent entre des câbles, des écrans et des cylindres reliés à l’extérieur à une sorte de silo, rempli de xénon ultra-pur, un gaz noble, incolore, inodore et très lourd. Le grand réservoir est en fait une chambre à projection temporelle, dans laquelle le xénon est le milieu utilisé pour détecter les interactions avec la matière noire.

“L’idée de construire les murs du bâtiment en matériau transparent est née quand j’étais à l’Université de Columbia – dit Messina -, avec le professeur Elena Aprile, nous avons pensé que cela aiderait à comprendre que nous ne faisons pas de choses étranges ici , qu’il n’y a rien à cacher. Tout le monde a aimé l’idée et nous nous sommes rendus compte que jusqu’alors les panneaux transparents n’étaient pas utilisés, pensant économiser de l’argent, nous avons plutôt découvert qu’ils coûtaient moins cher”. Le premier noyau du projet Xenon a débuté en 2005 et les 18 années qui se sont déjà écoulées soulignent un autre aspect fondamental de la recherche en physique nucléaire en général et des expériences en cours au LNGS. “Avec une grande approximation, nous pouvons dire que la durée de vie moyenne de nos expériences est de 20 ans – dit Messina -. Il ne s’agit pas seulement de développer une hypothèse de recherche et la méthode que nous avons l’intention d’utiliser, nous devons également construire toute l’instrumentation” .

En fait, les scientifiques consacrent leur vie à attendre pour enregistrer la collision rare d’une particule très insaisissable. Faut-il une énorme dose d’optimisme?

“En attendant, il est important de souligner que même si cela ne devrait jamais arriver, notre expérience a déjà donné des résultats fondamentaux pour déterminer la meilleure limite pour la recherche de matière noire et prépare les fondations pour la prochaine recherche, ou le terrain pour la prochaine étape – clarifie le scientifique – Non seulement cela, nos données et les outils que nous utilisons pour les obtenir elles ont souvent des implications pratiques, il suffit de penser que les tests médicaux tels que la TEP et tous les diagnostics modernes sont basés précisément sur la physique nucléaire. En tout cas – et ici le visage de Messine est transfiguré comme en extase – je suis d’accord avec Fernando Ferroni (ancien président de l’Infn ed) qui a défini le la recherche comme l’une des plus grandes expressions de l’amour pur. Parfois, il peut être frustrant de chercher un signal et de ne pas le trouver, mais tout ce que vous découvrez en cours de route est tout aussi important. En recherche fondamentale, le chemin est plus important que le résultat“.

Dans ces galeries, expériences, recherches et résultats sont liés dans un continuum de dévouement, de regard vers l’avenir et de considération du passé. Nous traversons une galerie jusqu’à un petit entrepôt, où sont conservées des découvertes datant d’il y a 2000 ans, qui se sont avérées indispensables pour l’expérience Cuore sur les propriétés des neutrinos. Sur les étagères se trouvent en effet des lingots de plomb provenant de l’épave d’un navire romain coulé au Ier siècle av. C. près d’Oristano, en Sardaigne. Au début des années 1990, l’Infn et la Surintendance sarde ont formé un consortium pour les récupérer. Environ un millier ont été ramenés à la surface et 270 ont été fondus pour servir de blindage extrêmement pur. Les Romains ont en fait séparé l’argent du plomb, éliminant ainsi sans le savoir l’uranium et donnant au métal restant des caractéristiques uniques.
La continuité entre passé et futur est encore plus évidente dans l’atelier où l’équipe de recherche de Donato Orlandi, ingénieur aérospatial, responsable du service mécanique, travaille entre des imprimantes 3D sophistiquées et des bancs traditionnels avec étaux. Nous contribuons ici à la création d’appareils comme l’expérience Borexino pour l’étude des neutrinos solaires, caractérisée par un conteneur en acier inoxydable de 18 mètres de haut, ou les ensembles mécaniques complexes de l’expérience DarkSide, qui vont chercher des preuves directes de matière noire. Orlandi explique le travail complexe de conception et de conception des composants et, encore une fois, en l’écoutant, on comprend l’importance de la recherche qui, en se projetant dans l’avenir, offre des technologies précieuses au présent.

“Partant des besoins des expérimentations, nous réalisons des études et des prototypes qui – souligne Orlandi – sont très souvent transférés à un usage de masse. Notre fortune est d’étudier et d’appliquer directement ce que nous créons et, par rapport aux entreprises qui ont besoin de faire des bénéfices immédiats , négligeant souvent la recherche et le développement, nous nous pouvons mener ensemble la recherche scientifique et le développement industriel, en ayant toujours un peu d’avance sur les autres“.

L’importance du GNL pour le transfert de technologie est souligné à nouveau par Bucci à la fin de la visite.

“La technologie que nous utilisons tous les jours est basée sur la physique d’il y a au moins 30 ans. Nos expériences ont une longue durée de vie et une partie de la recherche et du développement dans lesquels nous sommes engagés est préparatoire à d’autres qui devront démarrer dans le futur. Notre modus operandi est basé sur la démocratie de la scienceainsi le choix des expériences se fait toujours par un processus de comparaison et toutes les données sont partagées. Il n’y a rien de secretà la fois parce que le financement est public et parce que nos expérimentations ne débouchent pas sur des brevets immédiats. Notre objectif principal est la recherche pure. À cet égard, j’aime citer le physicien et vulgarisateur américain Richard Feynmann qui a comparé la physique au sexe : il y a des conséquences pratiques, mais ce n’est pas pour ça qu’on le fait. Le fait est que nous aimons la science en soi.”