La découverte des neutrinos a révolutionné la physique. Grâce à ces particules élémentaires, nées dans le processus de transformations nucléaires, il a été possible d'expliquer d'où vient l'énergie du Soleil et combien de temps il lui reste à vivre. RIA Novosti parle des caractéristiques des neutrinos solaires et des raisons pour lesquelles ils devraient être étudiés.
Pourquoi le soleil brille-t-il
Les physiciens ont deviné l'existence d'une mystérieuse particule élémentaire à charge nulle émise lors de la désintégration radioactive depuis les années 1930. Le scientifique italien Enrico Fermi l'a appelé un petit neutron - neutrino. Cette particule (alors encore hypothétique) a permis de comprendre la nature de la luminosité du Soleil.
Selon les calculs, chaque centimètre carré de la surface de la Terre reçoit deux calories du Soleil par minute. Connaissant la distance à l'étoile, il n'a pas été difficile de déterminer la luminosité: 4 * 1033 erg. D'où vient-il - cette question n'a pas reçu de réponse depuis longtemps. Si le soleil, qui est principalement composé d'hydrogène, brûlait simplement, il n'aurait pas existé depuis dix mille ans. Considérant que le volume diminue lors de la combustion, le Soleil doit au contraire être chauffé par les forces de gravité. Dans ce cas, il se serait éteint dans une trentaine de millions d'années. Et comme son âge est de plus de quatre milliards d'années, il dispose d'une source d'énergie constante.
Une telle source à des températures monstrueuses à l'intérieur d'une étoile peut être la réaction de la fusion d'hélium à partir de deux protons entrant dans le noyau d'hydrogène. Dans ce cas, une grande quantité d'énergie thermique est libérée et une particule de neutrino se forme. Compte tenu de sa taille, le Soleil pourrait brûler pendant dix milliards d'années avant de finalement se refroidir, se transformant en une géante rouge.
Pour être convaincu de la validité de cette hypothèse, il a fallu enregistrer les neutrinos nés à l'intérieur du Soleil. Les calculs ont montré que ce serait difficile à faire, car la particule interagit très faiblement avec la matière et a une capacité de pénétration étonnante. À sa naissance, il ne réagit à rien d'autre et atteint la Terre en huit minutes. Lorsque le soleil brille, chaque centimètre carré de notre peau est transpercé par une centaine de milliards de neutrinos par seconde. Mais nous ne le remarquons pas. Les flux de particules traversent facilement les planètes, les galaxies, les amas d'étoiles. À propos, les neutrinos reliques nés dans les premières secondes du Big Bang volent toujours dans l'Univers.
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Pris pour le poison, l'eau et le métal
Malgré l'inertie, les neutrinos entrent encore parfois en collision avec des atomes de matière. Il n'y a que quelques événements de ce type par jour. Si vous protégez le détecteur des photons, du rayonnement cosmique, de la radioactivité naturelle, le résultat des collisions peut être enregistré. C'est pourquoi les pièges à neutrinos sont placés profondément sous terre ou dans des tunnels de montagne.
La première méthode d'enregistrement des neutrinos solaires a été proposée en 1946 par le physicien italien Bruno Pontecorvo, qui travaillait à Dubna près de Moscou. Il a écrit une simple réaction de l'interaction d'une particule avec un atome de chlore, entraînant la naissance de l'argon radioactif. Une installation de ce type a été construite dans le laboratoire souterrain de Homestake aux États-Unis, où des neutrinos solaires ont été enregistrés pour la première fois en 1970. En 2002, le physicien Raymond Davies, qui a reçu ces résultats, a reçu le prix Nobel.
Vadim Kuzmin de l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie russe des sciences a inventé un moyen de détecter le passage des neutrinos à travers une solution de gallium. À la suite de la collision de particules avec des atomes de cet élément, il se forme du germanium radioactif. Depuis 1986, un détecteur basé sur ce principe fonctionne à l'Observatoire des neutrinos de Baksan (Caucase du Nord) dans le cadre de l'expérience conjointe SAGE aux USA.
Un an plus tôt, les observations de neutrinos avaient commencé à l'installation de Kamiokande au Japon, où le détecteur était de l'eau, qui brillait en bleu à la naissance des électrons. C'est le soi-disant rayonnement Cherenkov.
Les neutrinos solaires sont perdus et retrouvés
Lorsque des scientifiques de différents pays ont accumulé des données sur le nombre de réactions des neutrinos avec la matière, il s'est avéré qu'ils sont deux à trois fois inférieurs à ce que la théorie suggère. Le problème de la carence en neutrinos s'est posé. Pour le résoudre, il a été proposé d'abaisser la température du Soleil et de changer généralement les idées à ce sujet. Il a fallu trois décennies pour trouver la réponse, et au lieu de proposer un nouveau modèle de notre étoile, les physiciens ont créé une nouvelle théorie des neutrinos.
Il s'est avéré que sur le chemin de l'étoile à la Terre, les particules sont capables de se réincarner dans leurs diverses modifications. Ce phénomène s'appelait l'oscillation des neutrinos. En 2015, le prix Nobel a été décerné pour sa confirmation et les expériences de l'Observatoire des neutrinos de Baksan ont joué un rôle décisif. Maintenant, ils prévoient de construire un détecteur universel qui enregistrera tous les types de neutrinos et d'antineutrinos de toutes les sources: le Soleil, le centre de la Galaxie, à partir du noyau terrestre.
Si les physiciens ont d'abord étudié les neutrinos afin de mieux comprendre le Soleil et la fusion thermonucléaire qui s'y déroule, maintenant cette particule fondamentale a intéressé les scientifiques en elle-même. On sait que la masse des neutrinos est très faible, mais elle n’a pas encore été calculée avec certitude. Et ceci est important pour comprendre la nature de la masse cachée de l'Univers. L'existence d'un neutrino stérile est également suspectée, n'interagissant avec la matière que par gravité. Les astronomes ont de grands espoirs pour la physique des neutrinos, car elle leur permet de se pencher sur les entrailles des étoiles et des trous noirs, pour en apprendre davantage sur l'origine de l'espace. Les secrets des neutrinos continuent d'être compris dans de nombreux observatoires du monde, y compris ceux situés dans les eaux du lac Baïkal et sur le glacier de l'Antarctique.
Tatiana Pichugina
