Le CERN participe à ARIA : ce projet consiste à construire une tour de distillation de 350 mètres de haut qui sera utilisée pour purifier de l’argon liquide (LAr) destiné à un usage scientifique et, dans un second temps, médical.
La tour, qui sera composée de 28 modules identiques, ainsi que d’un module supérieur (le condensateur) et d’un module inférieur (le rebouilleur), sera installée dans le puits d’une mine de charbon désaffectée en Sardaigne (Italie). L’objectif de ce projet est de fournir de l’argon le plus pur possible à l’expérience DarkSide, une expérience internationale sur la matière noire menée dans les laboratoires nationaux du Gran Sasso de l’INFN.
DarkSide est une chambre à projection temporelle remplie d’argon liquide double phase conçue pour détecter l’éventuel passage d’une particule de matière noire, sous la forme d’une particule massive interagissant faiblement (WIMP), lorsqu’elle entrerait en collision avec un noyau d’argon contenu dans le détecteur. Selon les prédictions, cette interaction WIMP-noyau est extrêmement rare. Le détecteur ne doit donc contenir que de l’argon le plus pur possible, afin d’éviter qu’un faux signal soit déclenché accidentellement.
C’est pour produire cet argon ultra-pur qu’ARIA a été conçu. L’argon atmosphérique contient de nombreuses « impuretés », telles que de l’eau, de l’oxygène, du krypton et de l’argon 39, un isotope de l’argon, qui sont tous de possibles sources de signaux indésirables. Dans l’argon provenant de sources souterraines, la quantité de l’isotope argon 39 est 1 400 fois plus faible, mais cela reste insuffisant pour les recherches sur la matière noire. ARIA est conçu pour purifier l’argon souterrain d’un facteur 10 par passage, afin de ne conserver que l’argon 40, un isotope stable, en s’appuyant sur un principe de physique très simple : les deux isotopes ont une volatilité différente, ce qui signifie que l’argon 39 se vaporisera plus vite que l’argon 40 puisque son noyau possède un nucléon de moins.
Après leur construction, les modules ont été transportés au CERN, où le groupe Vide, surfaces et revêtements (VSC) du département Technologie les a soumis, un par un, à des essais d’étanchéité. Le vendredi 24 novembre, les modules supérieur et inférieur d’ARIA, ainsi qu’un module standard, ont été acheminés dans le bâtiment 180 et assemblés afin de tester précisément leur alignement, leur géométrie et leurs interfaces d’interconnexion avant l’étape du soudage. Ces trois modules seront ensuite transportés en Sardaigne, où ils seront assemblés verticalement, dans un premier temps sur le sol, afin d’être mis en fonctionnement et testés. La colonne entière sera ensuite assemblée dans le puits de la mine.
L’assemblage d’ARIA devrait être terminé fin 2018, et son exploitation commencer en 2019. Une fois la technique éprouvée, de nombreux autres constituants de l’air, tels que l’oxygène 18, l’azote 15 et le carbone 13, pourraient être distillés grâce au même processus. Ces éléments trouvent des applications importantes dans de nombreux domaines technologiques et de recherche, notamment en ce qui concerne les techniques de diagnostic du cancer.