Les scientifiques appellent cela la «particule fantôme». Il n'a presque pas de masse, développe une vitesse proche de la vitesse de la lumière et se cache des chercheurs du monde entier depuis trois décennies consécutives. Nous parlons de neutrinos, que les physiciens battent maintenant dans les laboratoires du Pakistan à la Suisse. Les neutrinos se forment lorsque les éléments radioactifs se désintègrent. Ils sont au soleil, dans d'autres étoiles et même dans notre propre corps. Un neutrino traverse une énorme quantité de matière sans difficulté. Alors, comment les scientifiques étudient-ils cette particule insaisissable?
GERDA
Cet appareil sophistiqué, le GERmanium Detector Array (GERDA), aide les scientifiques à comprendre pourquoi nous existons. Le GERDA recherche les neutrinos en surveillant l'activité électrique à l'intérieur de cristaux de germanium purs isolés profondément sous une montagne en Italie. Les scientifiques travaillant avec le GERDA espèrent trouver un type très rare de désintégration radioactive. Lorsque le Big Bang a engendré notre univers (il y a 13,7 milliards d'années), une quantité égale de matière et d'antimatière aurait dû se former. Et quand la matière et l'antimatière se heurtent, elles se détruisent, ne laissant derrière elles que de l'énergie pure. Alors d'où venons-nous? Si les scientifiques peuvent détecter ces signes de désintégration, cela signifierait que les neutrinos sont à la fois une particule et une antiparticule. Bien entendu, une telle explication supprimera la plupart des questions qui nous intéressent.
SNOLAB
L'Observatoire canadien des neutrinos de Sudbury (SNO) est enterré à environ deux kilomètres sous terre. La division SNO + étudie les neutrinos de la Terre, du Soleil et même des supernovae. Le cœur du laboratoire est une énorme sphère en plastique remplie de 800 tonnes d'un liquide spécial appelé scintillateur liquide. La sphère est entourée d'une coquille d'eau et maintenue en place par des cordes. Le tout est contrôlé par un réseau de 10 000 détecteurs de lumière extrêmement sensibles appelés tubes photomultiplicateurs (PMT). Lorsque les neutrinos interagissent avec d'autres particules dans le détecteur, le scintillateur liquide est allumé et le PMT lit les données. Grâce au détecteur SNO original, les scientifiques savent maintenant qu'au moins trois types différents, ou «saveurs», de neutrinos sont capables d'être transportés dans les deux sens dans l'espace-temps.
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Glaçon
Et c'est le plus grand détecteur de neutrinos au monde. IceCube, situé au pôle Sud, utilise 5 160 capteurs répartis sur plus d'un milliard de tonnes de glace. L'objectif est d'obtenir des neutrinos de haute énergie à partir de sources cosmiques extrêmement violentes telles que des étoiles en explosion, des trous noirs et des étoiles à neutrons. Lorsque les neutrinos pénètrent dans les molécules d'eau de la glace, ils libèrent des éruptions à haute énergie de particules subatomiques qui peuvent parcourir plusieurs kilomètres. Ces particules se déplacent si vite qu'elles émettent un court cône de lumière appelé le cône Cherenkov. Les scientifiques espèrent utiliser les informations reçues pour reconstruire la trajectoire des neutrinos et déterminer leur source.
Daya Bay
L'expérience sur les neutrinos se déroule dans trois immenses salles à la fois, enterrées dans les collines de Daya Bay, en Chine. Six détecteurs cylindriques, contenant chacun 20 tonnes de scintillateur liquide, sont regroupés en halls et entourés de 1000 PMT. Ils se noient dans des bassins d'eau propre, bloquant tout rayonnement environnant. Un groupe voisin de six réacteurs nucléaires produit des millions de quadrillions d'antineutrinos électroniques inoffensifs chaque seconde. Ce flux d'antineutrino interagit avec un scintillateur liquide pour émettre de courts éclairs de lumière qui sont captés par le PMT. Daya Bay a été construit pour étudier les oscillations des neutrinos.