Le fantôme et l’archange

Premiers jours de décembre, l’année 1930. Au Congrès de Tübingen, en Allemagne, des scientifiques s’y sont réunis avec passion du mystère de la désintégration bêta. Certains noyaux radioactifs émettent des particules bêta (électrons), dont l’énergie est toujours inférieur à ce qui est attendu (c’est-à-dire la différence de masse entre le noyau père et le noyau enfant). Les résultats de nombreuses expériences confirment que, loin de montrer la valeur constante stipulée par les lois de la physique, les électrons émis dans la désintégration présentent un continuum d’énergie, sans jamais atteindre ce qu’ils devraient avoir. On dirait que l’énergie n’est pas conservée, ce qui, pour les physiciens, c’est un blasphème inacceptable.

Tellement, qu’un jeune professeur allemand, Wolfang Pauli (Il n’a que 30 ans, mais il est déjà célèbre pour son travail en mécanique quantique) Il ose proposer une “solution désespérée”, selon ses propres mots. Il ne le fait pas en personne, mais par le biais d’une lettre qui envoie au Congrès et lit un assistant. Le titre de la lettre est aussi célèbre dans la guilde que son hypothèse audacieuse: Amour et dames et messieurs radioactifs.

Quel est ce remède désespéré? Pauli ose postuler l’existence d’un fantôme. Étant donné que les énergies des électrons montrent un large spectre qui n’atteint jamais le maximum dans lequel ils devraient se concentrer, le jeune scientifique propose l’existence d’une particule supplémentaire dans la réaction qui prend l’énergie qui manque à l’électron. L’hypothèse permet de sauver le principe de conservation de l’énergie, mais en retour, il introduit une particule neutre (sans charge électrique), qui échappe à toute détection (elle n’est pas observée dans les expériences et ne semble donc pas interagir avec la matière ordinaire) et, enfin Il ne semble pas non plus avoir une masse, car certains électrons de désintégration sont mesurés avec pratiquement toute l’énergie disponible, ce qui ne laisse aucune place à la masse de ce “neutron”, que Pauli propose avec Lancer et non sans problème.

L’idée provoque un énorme agitation. D’une part, c’est une solution évidente et élégante. De l’autre, invente une particule sans masse, ni charge, ni interactions, qui sont précisément les caractéristiques qui devraient la définir. Personne ne prend le “neutron” au sérieux, au point que, quand Chadwick Découvrez la particule que nous connaissons aujourd’hui en tant que telle dans les rayons cosmiques, le pauvre fantôme est dépouillé même de son nom d’origine, en gardant l’appellation de “petit neutron”, ou neutrrino, qui lui donne le grand Enrico Fermi.

Le neutrino est détecté pour la première fois 26 ans plus tard en 1956. Scientifiques nord-américains F. Raines y C. Cowan Ils placent un détecteur dans le quartier du réacteur nucléaire de Savannah River, en Caroline du Sud. Les réactions à la fission produisent d’énormes quantités de neutrinos et l’équipement parvient à en détecter certains. Le fantôme a cessé d’être.

Bien qu’en réalité, les fantômes ne sont jamais du tout. S’ils l’ont été, nous n’aurions jamais de nouvelles d’eux, ils n’apparaîtraient pas dans la vie dans des pièces mystérieuses ou des nuits de pleine lune, ils ne conviendraient pas de leurs soins et, surtout, ils ne nous feraient pas peur avec leurs menaces spectrales. Tous les fantômes de la littérature ont quelque chose de tangible, ils ont besoin d’une certaine existence pour être reconnue et craint. La même chose arrive à Neutrino. Ses interactions avec d’autres particules sont si légères que la grande majorité traverse la Terre (et toute la galaxie) sans se rendre compte presque de l’existence de la matière.

Presque. Mais cela presque C’est important. La probabilité d’interaction des neutrinos augmente à mesure que leur énergie augmente et que le cosmos est capable d’en produire certains avec des énergies étonnantes.

Il y a quelques années, j’ai parlé dans ces pages du grand télescope neutrin en Antarctique, Icecube, un détecteur de taille énorme, enfoui dans la glace du plateau antarctique, pratiquement sous le pôle sud géographique, un géant dont les capteurs s’étendent à la longueur d’un cubique kilomètre, de sorte que la tour Eiffel, la cathédrale de Burgos, la pyramide de Keops ou même Super-cluckande Ce sont des jouets simples à ses côtés. Cette merveille de la science a détecté d’énormes neutrinos énergétiques, de l’ordre de 10 Peta-Electron Volts (PEV). Pour avoir une idée de ce que signifient ces énergies, pensons que le grand LHC du CERN accélère ses protons à 14 TEV, c’est-à-dire une énergie presque mille fois moins que celle du monstre détecté par Icecube.

Eh bien, ces dernières années, un autre télescope neutrin n’a pas moins admirable, KM3NET[1]. La taille du détecteur est similaire à celle de l’ICECube et de la technologie très similaire (voir figure 1). Des grappes de capteurs sphériques contenant des photomultiplicateurs géants, capables de détecter les étincelles de lumière bleue qui laissent dans l’eau méditerranéenne le passage des particules chargées. Le principe d’opération est le même. Lorsqu’un neutrino d’interaction produit un électron ou ses jumeaux les plus lourds, le monno le tau, qui à son tour se désintégre immédiatement, produisant souvent un autre électron ou un autre muon. Ces fabuleuses particules d’énergie se déplacent presque à la vitesse de la lumière dans le vide et, bien sûr, beaucoup plus rapide que la lumière dans l’eau. La conséquence est une onde de choc, similaire à celle qu’un avion génère en dépassant la vitesse du son. Et cette vague est composée de photons de lumière bleue, une immense explosion d’entre eux, qui sont collectés par les photomultiplicateurs.

Récemment, KM3NET a publié L’observation d’un neutrino … de 120 PEV d’énergie, c’est-à-dire dix fois plus que le neutrinos le plus énergétique observé par ICECube.

Le phénomène ouvre un mystère que nous pourrions être tentés de comparer avec celui qui a torturé les physiciens de 1930. Pourquoi l’intube n’a-t-il pas vu de bêtes similaires? Comment expliquer ce paradoxe apparent, qui semble vouloir nous rappeler le dilemme des physiciens de Tübinben il y a près d’un siècle?

Mais revenons aux fantômes. Bientôt, on pense qu’il n’est pas difficile de conclure que le nombre de ceux-ci dépasse le nombre de vies. Il est attribué à Irene de Ávila Le calcul qui figure dans cent milliards (plus ou moins le même nombre d’étoiles dans la galaxie ou les galaxies dans l’univers visible, ou de neurones dans cette autre galaxie, le cerveau humain) au nombre de personnes qui ont existé. Cent milliards de fantômes, plus de dix pour chaque âme vivante, occuperaient l’espace qui nous entoure. Eh bien, l’univers est également plein de spectres, les photons originaux qui se produisent dans le Big Bang et que, au cours des quatorze derniers milliards d’années, ils se refroidissent et se développent dans l’univers, jusqu’à ce qu’ils le remplissent complètement. Ce rayonnement de fond micro-ondes est partout comme le brouillard qui envahit les champs, se réveillant faiblement avec les souvenirs diffus de tous les esprits qui y habitent.

Il est très possible que l’événement enregistré par KM3NET soit dû à l’interaction d’un rayon ultra-cosmique à haute énergie avec l’un de ces photons spectraux. Le processus serait le résultat d’un jeu entre deux grands professeurs d’échecs cosmiques. La stratégie de l’un d’eux est de remplir l’univers des particules d’énergie, presque zéro (rayonnement de fond micro-ondes), tandis que l’autre essaie de les frapper avec des rayons d’énergie cosmique presque Infini Le résultat est un neutrino qui, loin de se comporter comme un fantôme, se déplace dans le cosmos comme un ange destructeur, Gabriel brandissant son épée flame, capable de mettre le feu à l’univers.

Imaginez le lecteur une civilisation capable de fabriquer un faisceau de neutrinos à très haute énergie (il n’est pas nécessaire d’être aussi élevé que ceux du neutrino KM3Net, mais si beaucoup plus d’énergies que nous savons produire dans nos laboratoires aujourd’hui). Si ce faisceau de neutrinos est dirigé contre toute cible (une ville ou une planète entière), les fantômes autrefois, convertis grâce à leur énorme énergie pour exterminer les Archanges, interagissent avec tous les sujets qu’ils trouvent, produisant des particules secondaires dont l’interaction avec la vie Les tissus sont mortels. Ce paquet de neutrinos ne peut pas s’arrêter, ni coussin ou esquiver. C’est l’arme la plus mortelle de l’univers.

Une arme que nous ne savons toujours pas comment construire, mais dont nous pouvons l’imaginer l’existence, comme Pauli l’imaginait celle du neutrino. J’espère qu’il reste là-dedans, dans un fantasme. Parce que si nous avons appris quelque chose de la littérature, il n’y a rien de plus dangereux qu’un fantôme que l’irresponsabilité des apprentis de sorciers revient à l’existence, ou toute autre personne impitoyable qu’un archange vengeur.

¹KM3NET et ICECUBE ont une question et un antimatière. Icecube est un projet dirigé par les États-Unis, KM3Net pour l’Europe, avec la participation de Groupes espagnols. L’ICECube est enterré dans la glace, KM3NET dans les profondeurs de l’océan, une partie du détecteur (ARK) à 3450 m. Deep, sur la côte de la Sicile, une autre partie (ORCA) à 2450m. Deep, sur la côte de Tolón. L’un regarde l’hémisphère nord, l’autre au sud. Sujet et antimatière, neutrinos et antinéutrinos, différents et en même temps la même particule, cathédrales de lumière, merveilles de la science, phares d’espoir dans un monde attiré par l’obscurité rampante de la superstition et de l’ignorance.