Les neutrinos sont des particules élémentaires qui disposent de plusieurs caractéristiques remarquables. On sait qu’elles sont non seulement très légères, mais aussi électriquement neutres et quasiment inertes; elles n’interagissent quasiment jamais avec la matière qui les entoure. Selon le CERN, “Seul un neutrino sur dix milliards traversant la Terre parvient à interagir avec un atome”.
Trois points particulièrement handicapants pour la recherche en physique fondamentale; car la masse, la charge électrique et les interactions des particules sont trois des paramètres de base utilisés par les chercheurs pour étudier leur comportement. Il est donc particulièrement difficile de suivre ses neutrinos à la trace, ce qui leur a valu le nom de “Particule fantôme”. C’est passablement ennuyeux pour les chercheurs, car ces derniers les suspectent de cacher certaines des pièces qui nous manquent encore pour reconstituer le grand puzzle de l’univers.
La bonne nouvelle, c’est que les neutrinos sont extrêmement abondants. Ils peuvent provenir directement des étoiles, mais aussi de phénomènes divers et variés comme des supernovas ou des quasars. Ils sont aussi produits lorsque le rayonnement cosmique vient percuter la haute atmosphère, ce qui provoque une véritable douche de particules. Et les troupes du CERN considèrent depuis longtemps qu’ils devraient aussi être produits au sein de leur jouet préféré, le Large Hadron Collider (LHC).
Quand le CERN joue à Ghostbusters
Mais malgré tous les efforts des chercheurs, cette particule fantôme porte toujours aussi bien son nom et continue de se faire discrète depuis que son existence a été confirmée en 1956. Il faut déployer des efforts considérables pour en repérer la moindre trace. En France, c’est la vocation d’Antares. Cet instrument situé à 2 500 mètres de fond en Méditerranée, au large de Toulon, utilise neuf cents capteurs répartis le long de douze lignes, pour scruter le passage de neutrinos dans l’eau sur une surface de 10 hectares.
Il reste donc très difficile de poser les yeux dessus, et chaque observation constitue un petit événement en soi. Et c’est encore plus vrai dans les accélérateurs de particules comme le LHC, qui constituent le terrain d’exploration privilégié en physiques des particules. Mais cela pourrait changer avec le nouvel instrument FASERnu, qui entrera en service l’année prochaine. Dans un papier publié aujourd’hui, les chercheurs ont expliqué qu’un prototype compact embarquant une preuve de concept de cette technologie leur a permis d’observer six interactions de neutrinos. Une grande première dans le contexte du LHC.
Une preuve de concept déterminante
“Avant ce projet, aucune trace de neutrino n’avait jamais été observée dans un accélérateur de particules”, insiste Jonathan Feng, co-directeur du projet interviewé par Phys.org. C’est une bonne nouvelle, qui doit rendre les chercheurs particulièrement optimistes par rapport aux promesses du FASERnu. Cette preuve de concept leur a même déjà apporté deux informations cruciales.
Dans un premier temps, cela confirme que le principe du détecteur à émulsion, sur lequel se base FASERnu, est bel et bien capable de détecter les interactions des neutrinos. Sur le principe, cela fonctionne un petit peu comme la photographie argentique. Lorsqu’un film est exposé à la lumière, les photons laissent des traces qui finissent par donner l’image finale après développement. Le concept est similaire au sein du FASERnu; les chercheurs ont pu repérer des neutrinos en analysant les traces laissées sur les différents matériaux de leur “film”.
Deuxièmement, cette expérience leur a aussi indiqué le point précis du LHC où ils sont le plus susceptibles de détecter les collisions recherchées. C’est également très important, car cela permettra par la suite d’obtenir des résultats plus précis. En effet, cette expérience n’était qu’un début. Désormais, l’équipe de recherche se prépare à réitérer l’expérience avec un nouvel instrument, “beaucoup plus grand et significativement plus sensible” d’après Feng. Ils espèrent ainsi repérer “plus de 10.000 neutrinos” lors de leur prochain test, qui démarrera en 2022.
Une nouvelle ère pour la recherche fondamentale
Mais surtout, ce nouvel instrument ne se contentera pas de réinventer la roue. Il promet aussi de pousser la discipline vers de nouveaux sommets. Car lorsque l’observation de ces “Particules fantômes” sera devenue la routine, les chercheurs espèrent qu’il sera assez sensible pour identifier les différents types (curieusement, les physiciens parlent de “saveurs”) de neutrinos. Avec un peu de chance, il permettra même d’identifier les fameux “antineutrinos” .
Ces observations pourraient être la clé qui permettra d’explorer de tout nouveaux territoires en physique fondamentale. De quoi potentiellement préciser le modèle standard de la physique des particules, et faire progresser notre connaissance de notre univers et de son histoire. Nous vous donnons donc rendez-vous d’ici quelques années; d’ici là, les chercheurs auront pu analyser les premiers résultats du FASERnu, qui sera installé en 2022.
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J’imagine que c’est expérience doivent demandé beaucoup d’énergie électrique . J’aimerais apporter ma modeste contribution à la recherche en vous faisant profiter de mont inventions une machine qui produit du courant électrique propre s’en l’occurrence du vent ou du soleil sous terre sous l’eau ou dans l’espace j’apprécierais que vous en disposiez si vous le voulez bien.