Les scientifiques pensent que les neutrinos, ou « particules fantômes », comme on les appelle, auraient pu contribuer à l’écriture des premières règles de la matière.
Sous une colline de granit dans le sud de la Chine, un détecteur massif est presque terminé et détectera les mystérieuses particules fantômes qui se cachent autour de nous.
L’Observatoire souterrain de neutrinos de Jiangmen va bientôt commencer la tâche difficile de repérer les neutrinos : de minuscules particules cosmiques d’une masse incroyablement petite.
Ce détecteur est l’un des trois détecteurs en cours de construction dans le monde pour étudier ces particules fantômes insaisissables dans les moindres détails. Les deux autres, basés aux États-Unis et au Japon, sont encore en construction.
Espionner les neutrinos n’est pas une mince affaire dans la quête pour comprendre comment l’univers est né.
L’effort chinois, qui devrait être mis en ligne l’année prochaine, poussera la technologie vers de nouvelles limites, a déclaré Andre de Gouvea, physicien théoricien à l’Université Northwestern qui n’est pas impliqué dans le projet.
« S’ils y parviennent », a-t-il déclaré, « ce serait incroyable ».
Que sont les neutrinos ?
Les neutrinos remontent au Big Bang et des milliers de milliards traversent notre corps chaque seconde. Ils jaillissent des étoiles comme le soleil et s’échappent lorsque des fragments atomiques entrent en collision dans un accélérateur de particules.
Les scientifiques connaissent l’existence des neutrinos depuis près d’un siècle, mais ils en sont encore aux premiers stades de la découverte de ce que sont réellement ces particules.
« C’est la particule la moins comprise dans notre monde », a déclaré Cao Jun, qui participe à la gestion du détecteur connu sous le nom de JUNO. « C’est pourquoi nous devons l’étudier. »
Il n’y a aucun moyen de repérer les minuscules neutrinos qui tournent seuls. Au lieu de cela, les scientifiques mesurent ce qui se passe lorsqu’ils entrent en collision avec d’autres morceaux de matière, produisant des éclairs de lumière ou des particules chargées.
Les neutrinos ne heurtent que très rarement d’autres particules, les physiciens doivent donc voir grand pour augmenter leurs chances d’attraper une collision.
« La solution pour mesurer ces neutrinos est de construire de très, très gros détecteurs », a déclaré de Gouvea.
Un gros détecteur pour mesurer de minuscules particules
La construction du détecteur de Kaiping, en Chine, d’une valeur de 300 millions de dollars (285 millions d’euros), a pris plus de neuf ans. Son emplacement à 700 mètres sous terre le protège des rayons cosmiques et des radiations embêtantes qui pourraient perturber ses capacités de détection des neutrinos.
Mercredi, les ouvriers ont entamé la dernière étape des travaux de construction. Finalement, ils rempliront le détecteur en forme d’orbe avec un liquide conçu pour émettre de la lumière lorsque les neutrinos le traversent et plongeront le tout dans de l’eau purifiée.
Il étudiera les antineutrinos – à l’opposé des neutrinos qui permettent aux scientifiques de comprendre leur comportement – produits lors de collisions à l’intérieur de deux centrales nucléaires situées à plus de 50 km de distance.
Lorsque les antineutrinos entrent en contact avec des particules à l’intérieur du détecteur, ils produisent un éclair de lumière.
Le détecteur est conçu pour répondre à une question clé sur un mystère de longue date. Les neutrinos alternent entre trois saveurs lorsqu’ils parcourent l’espace, et les scientifiques souhaitent les classer du plus léger au plus lourd.
Détecter ces changements subtils dans les particules déjà évasives sera un défi, a déclaré Kate Scholberg, physicienne à l’Université Duke qui n’est pas impliquée dans le projet.
« C’est en fait très audacieux de s’en occuper », a-t-elle déclaré.
Le détecteur chinois devrait fonctionner au cours du second semestre de l’année prochaine. Après cela, il faudra un certain temps pour collecter et analyser les données. Les scientifiques devront donc attendre pour découvrir pleinement la vie secrète des neutrinos.
Deux détecteurs de neutrinos similaires – l’Hyper-Kamiokande du Japon et l’expérience Deep Underground Neutrino basée aux États-Unis – sont en construction.
Ils devraient être mis en ligne vers 2027 et 2031 et vérifieront les résultats du détecteur chinois en utilisant différentes approches.
« En fin de compte, nous comprenons mieux la nature de la physique », a déclaré Wang Yifang, scientifique en chef et chef de projet de l’effort chinois.
Comprendre comment l’univers s’est formé
Bien que les neutrinos interagissent à peine avec d’autres particules, ils existent depuis la nuit des temps.
L’étude de ces reliques du Big Bang peut permettre aux scientifiques de comprendre comment l’univers a évolué et s’est étendu il y a des milliards d’années.
« Ils font partie du tableau d’ensemble », a déclaré Scholberg.
Les chercheurs espèrent que les neutrinos pourront aider à répondre à la question suivante : pourquoi l’univers est-il majoritairement constitué de matière alors que son homologue opposé, appelé antimatière, est en grande partie étouffé.
Les scientifiques ne savent pas comment les choses ont pu être si déséquilibrées, mais ils pensent que les neutrinos auraient pu aider à écrire les premières règles de la matière.
Selon les scientifiques, la preuve réside peut-être dans les particules. Ils devront les attraper pour le savoir.
