Un télescope sous la Méditerranée détecte le neutrino le plus énergique jamais observé | Science

Après avoir construit la première bombe nucléaire de l’histoire, un groupe de scientifiques aux États-Unis a commencé Poltergeist Project. Le terme d’origine allemande faisait référence à des phénomènes fantomatiques, et c’était exactement son objectif: découvrir une particule élémentaire inconnue, qui était essentielle pour l’univers tel qu’il est, et que tout le monde croyait impossible à attraper. Grâce aux réacteurs secrètes de fission nucléaire du projet Manhattan, l’équipe a réussi. En 1956, ils ont écrit une lettre à Wolfgang Pauli, physicien autrichien d’origine juive des nazis, qui avait théorisé l’existence de cette particule quinze ans auparavant. “Nous sommes heureux de vous informer que nous avons définitivement détecté des neutrinos”, a déclaré le bref télégramme.

C’était le début d’une saga scientifique spectaculaire d’essayer de comprendre cette particule – la deuxième plus abondante de l’univers après le photon, qui compose la lumière. La science du neutrino a fait son chemin grâce aux détecteurs mastodontiques construits sous terre dans des mines anciennes, ou sous la glace du pôle Sud. Ce mercredi, l’une de ces installations, dans ce cas, immergé au bas de la Méditerranée à 3 500 mètres de profondeur, a détecté le plus de neutrinos énergétique jamais découvert. Il a environ 10 000 fois plus d’énergie que celle qui atteint le plus grand accélérateur de particules, le LHC, et environ 30 fois plus que tout autre neutrino observé précédemment. La découverte a été une surprise pour les scientifiques, y compris ceux qui l’ont découvert.

“C’est la particule élémentaire avec la plus grande énergie jamais observée”, résume l’euphorique Juande Zornoza48 ans, physicien Alicante, qui mène une participation espagnole à l’observatoire sous-marin KM3NET, avec lequel il a fait la constatation. Dans le jargon physique, ce neutrino a atteint les 220 Petaelectronvolts, quelque chose de “extraordinaire”. “Le saut d’énergie est si grand qu’il semble que ce neutrinos a produit par un nouveau type de source ou un nouveau mécanisme”, explique le chercheur de l’Institut de physique corpusculaire, un centre mixte de la CSIC et de l’Université de Valence. La découverte est publiée ce mercredi dans le magazine Natureréférent de la meilleure science du monde.

Le 13 février 2023, le détecteur ARCA, l’un des deux observatoires KM3Net situé près de la côte de la Sicile, en Italie, a capturé une particule d’énergie très élevée. Ses détecteurs sont comme d’énormes colliers de perles déboutonnées accrochées sur le fond marin. Chaque sphère est un œil conçu pour capturer un flash bleu qui se produit dans l’eau chaque fois qu’une particule dépasse la vitesse de la lumière dans ce milieu, le rayonnement de Cherenkov So called. La particule détectée était un muon résultant de la désintégration d’un neutrino au voisinage de l’observatoire.

La découverte est un triomphe pour ce télescope européen, qui aspire à être le plus puissant au monde lorsqu’il est terminé en cinq ans. L’installation, avec un coût total d’environ 350 millions d’euros, sera le successeur du temple actuel de la science du neutrino: l’Observatoire Icecube, construit par les États-Unis et dont les détecteurs sont situés dans la glace de l’Antarctique.

L’origine de ce neutrinos est une énigme. Les responsables de l’expérience croient qu’il vient de quelque part en dehors de notre galaxie, la Voie lactée. Les détecteurs de neutrin sont intégrés sous terre, eau ou glace pour se protéger du bruit causé par des millions d’autres particules qui entrent en collision constamment avec l’atmosphère et atteignent la Terre.

En 1934, le physicien italien Enrico Fermi a baptisé cette particule (neutrino) pour le différencier dans sa langue neutronique (neutrone), et exprime qu’il n’a pas de charge, ni simplement de masse. Ces caractéristiques vous permettent de voyager dans l’univers pendant des milliards d’années sans que pratiquement rien ne le détourne ou ne l’affecte. C’est pourquoi les neutrinos sont des messagers cosmiques exceptionnels qui apportent des informations des phénomènes les plus violents de l’univers, tels que les rayons cosmiques, et peuvent aider à comprendre pourquoi l’univers actuel est plein de matière et non d’antimatière, grâce à un déséquilibre qui s’est produit dans Les instants après la grande inflation de l’univers, il y a environ 13,8 milliards d’années.

Zornoza explique qu’une origine possible de ce neutrinos serait un blázar. C’est «un type de galaxie qui a en son centre un trou noir de millions de masses solaires, où il y a une matière de crédits [cayendo] Vers le trou et des jets throttes de particules accélérés sont produits; Une source supercatatrophique », détaille-t-il. Une autre possibilité est que ce sont les restes d’un rayon cosmique qui a interagi avec les restes de la légère gauche du Big Bang qui ont créé l’univers. Une troisième option, beaucoup plus éloignée: que ce neutrino provient de la désintégration de la matière noire, la composante inconnue qui constitue 25% de l’univers entier. À partir d’aujourd’hui, les physiciens théoriques du monde entier commenceront à faire des calculs pour essayer d’expliquer l’origine et la nature de cette particule.

Cette constatation soulève une autre énigme: pourquoi un détecteur comme KM3Net, qui est toujours en construction et n’atteindra pas la pleine puissance jusqu’à la fin de cette décennie, a attrapé une telle particule énergétique, tandis que Icecube, beaucoup plus puissant et avec 10 ans de tournage, Il n’a rien vu. Cela peut être dû à l’endroit où se trouve l’expérience méditerranéenne, Razona Zornoza, bien qu’elle l’attribue également à la «pure chance».

La découverte présentée aujourd’hui est “d’un maximum d’intérêt”, dit Carlos Pérez de los Herosqui n’a pas participé à l’étude. Ce physicien de Coruña à 61 ans est le collaborateur espagnol le plus vétéran de l’expérience Icecube, qui est associé depuis 1997. Jusqu’à présent, cet observatoire antarctique n’avait pas détecté des neutrinos de plus de 10 petaelectronvolts. “Beaucoup de gens, à la fois théoriques et autres de l’expérience ICECUBE, nous commençons à proposer que le spectre d’énergie des neutrinos astrophysiques puisse s’arrêter, afin qu’il n’y ait pas de neutrinos après une énergie donnée, près du maximum détecté par Icecube”, il il explique dans un e-mail. “Si cet événement KM3NET est réel, ce paradigme changerait, ou du moins le sommet du flux de neutrinos serait une énergie beaucoup plus élevée”, dit-il. En tout cas, Pérez de Los Heros appelle à un calme. Cela “peut être une avancée très intéressante dans l’astrophysique des neutrinos, mais vous devez attendre plus d’événements”, prévient-il.

Ceux qui sont responsables de Km3 Les rangées des deux détecteurs de l’Observatoire, Orca, près de Marseille (France) et Ark, à environ 100 kilomètres de Sicile, en Italie, se déploient toujours de navires. Le projet comprend environ 350 scientifiques de 16 pays. L’Espagne est la quatrième au nom, avec environ 30 participants. Dans sa configuration finale, ce télescope sous-marin aura un kilomètre cube et plus de 200 lignes opérationnelles, chacune de 400 mètres de long. Le but ultime est que la prochaine grande découverte de neutrinos ne laisse plus un réacteur nucléaire secret, mais de l’arrière-plan méditerranéen.