Des chercheurs du NIST mesurent les gaz à effet de serre pendant l’éclipse solaire

La recherche effectuée au NIST est plus qu’une mesure ou un simple calcul.

Qu’il s’agisse de chercheurs utilisant un instrument de test unique pour imiter des moments instantanés qui se produisent en une fraction de seconde ou de la surveillance des gaz à effet de serre lors d’un événement rare, le travail effectué ici a un lien avec des applications du monde réel.

Découvrez certaines des activités qui se sont déroulées au NIST au cours des derniers mois à travers le prisme des médias sociaux.

Ce n’est pas votre barre moyenne : tester des matériaux sous des forces à des vitesses élevées

Cet instrument de test allongé, le premier du genre au monde, soumet les matériaux à deux conditions extrêmes en quelques fractions de seconde, les chauffant rapidement et appliquant une force en même temps. Il s’agit d’une version modifiée d’une barre Kolsky, un instrument dont les origines remontent au début du 20e siècle.

La barre Kolsky est équipée d’un long jeu de cylindres en acier, comme illustré ici. Un échantillon se trouve entre eux. De fines barres métalliques reposent à l’intérieur du cylindre d’un côté. Lorsque nous frappons une extrémité avec un projectile propulsé par de l’azote gazeux, cela crée une onde de pression qui se déplace à travers les barres à la vitesse du son dans l’acier (beaucoup plus rapide qu’une balle) et frappe l’échantillon.

La barre Kolsky du NIST a été conçue pour chauffer rapidement l’échantillon avant que l’onde de pression ne l’atteigne. Cela signifie que nous pouvons effectuer des mesures sur des matériaux à mesure qu’ils s’affaiblissent ou modifient leur structure au niveau moléculaire (la microstructure) à cause de la chaleur.

Il s’agit d’un type de mesure qui n’avait jamais été tenté ailleurs dans le monde avant l’intervention du NIST.

Mais pourquoi essorer ces matériaux si rapidement ? C’est parce que certains moments majeurs de la vie se produisent en quelques fractions de secondes. — accidents de voiture, processus de fabrication, explosions de bombes, collisions d’athlètes — et nous devons savoir comment les matériaux que nous utilisons dans tout, des voitures aux casques de sport, fonctionnent dans ces brefs instants.

Cela est particulièrement vrai pour les produits fabriqués par fabrication additive, également connue sous le nom d’impression 3D, le processus de construction d’une forme à partir de zéro, une couche de matériau à la fois. Il s’agit d’un processus relativement nouveau pour créer des pièces destinées, par exemple, à une voiture.

Grâce aux expériences sur la barre Kolsky menées au NIST, nous pouvons recueillir des données cruciales sur ces pièces pour voir comment elles résistent aux conditions extrêmes du monde réel.

Apprenez-en davantage sur le programme.

Du scepticisme à la croyance : Tasshi Dennis construit la prochaine génération de réseaux quantiques

Lorsque le scientifique du NIST, Tasshi Dennis, a découvert la physique quantique pour la première fois alors qu’il était étudiant, il était sceptique que cela aboutisse un jour à des applications pratiques. Il ne savait pas que des décennies plus tard, il serait à l’avant-garde des efforts du NIST pour construire la prochaine génération d’ordinateurs et de réseaux quantiques.

Intrigué, Tasshi a décidé de se concentrer sur l’optique et les lasers à l’université, les considérant comme une porte d’entrée vers le monde de la nanofabrication. Après avoir obtenu son doctorat, il a rejoint le NIST, travaillant sur un large éventail de projets allant des étalons de longueurs d’onde à l’imagerie biomédicale. « J’ai toujours vu les choses quantiques se produire autour de moi, mais je les ai en quelque sorte ignorées », dit-il. “Je pensais que c’était juste une chose intellectuelle bizarre qui ne mènerait jamais à rien.”

Cela a changé en 2019 lorsque le NIST a lancé un projet visant à démontrer un réseau quantique, qui est un moyen de connecter des ordinateurs et des appareils quantiques, de la même manière que les ordinateurs classiques sont mis en réseau aujourd’hui. Cinq ans plus tard, Tasshi est le chef de projet, développant la technologie permettant de mettre en réseau des ordinateurs quantiques supraconducteurs – une étape cruciale vers l’informatique quantique à grande échelle.

Même s’il reconnaît que cette technologie sera encore à plusieurs décennies d’une utilisation généralisée, il a relevé le défi. « Je suis prêt à prendre des risques », dit-il. «Je forme la prochaine génération de scientifiques, mais j’apprends à leurs côtés, ce qui rend cela vraiment passionnant.»

On est loin du jeune Tasshi qui considérait le quantique comme une curiosité intellectuelle. Mais comme il l’a découvert, les opportunités les plus prometteuses se trouvent parfois là où on s’y attend le moins.

Vivre une éclipse solaire avec la science en tête

Selon l’endroit où vous vous trouviez lors de l’éclipse solaire d’avril, vous avez peut-être pu être témoin de quelque chose qui n’arrive que de temps en temps. Sur notre campus de Gaithersburg, dans le Maryland, quelques chercheurs du NIST ont observé l’événement solaire avec la science en tête.

Pendant la journée, les plantes subissent la photosynthèse, durant laquelle elles absorbent la lumière du soleil et le dioxyde de carbone ou CO.₂ pour créer de la nourriture et de l’énergie, réduisant ainsi le CO₂ concentrations dans l’atmosphère locale. Le groupe de chercheurs, composé de Tyler Boyle, Anna Karion, David Allen et Julia Marrs, était curieux de savoir si leurs capteurs détecteraient des changements dans la concentration de CO.₂ lors d’une éclipse.

Pour enquêter, ils ont utilisé deux types différents de capteurs.

Leur plateforme de capteurs à faible coût est composée de trois capteurs disponibles dans le commerce — utilisé à l’origine pour mesurer la qualité de l’air intérieur — et un ordinateur monocarte, qui sert de cerveau à l’appareil. La plateforme travaille aux côtés de gaz de référence aux concentrations connues et compare ses émissions de CO₂ mesures contre eux.

Le deuxième type de capteur peut détecter le CO₂ mesures avec une très haute précision de 0,1 partie par million.

Ont-ils remarqué une différence de CO₂ les niveaux? La réponse simple est oui. Les chercheurs ont effectué une brève analyse et ont découvert que exactement à 15h20, soit le point culminant de l’éclipse solaire à Gaithersburg, le CO₂ les concentrations ont légèrement augmenté. Les trois capteurs à faible coût ainsi que le capteur à coût élevé ont pu détecter le petit changement.

Quant à ce que cela signifie, une analyse plus approfondie est nécessaire — alors restez à l’écoute pour les résultats !