Les neutrinos sont à peu près les particules les plus insaisissables de l'univers. Pourtant, de temps à autre, on se fait prendre, par exemple par le gigantesque détecteur de neutrinos sur la glace de l'Antarctique.
Le détecteur Icecube, un réseau de plus de 5 000 détecteurs de lumière intégrés dans la glace de plusieurs kilomètres d'épaisseur sous le pôle Sud géographique, recherche des neutrinos depuis plusieurs années.
Les résultats sont tout à fait conformes à ce que prédit le modèle standard - ce qui est bien sûr bien pour ce modèle
Le « gain » est dirigé à la fois vers le haut (directement dans l'espace) et vers le bas (vers le pôle nord). En comparant les résultats de ces deux perspectives, les physiciens espèrent découvrir quelle est la probabilité qu'un neutrino entre en collision avec une particule de matière telle qu'un proton et un neutron. Cette chance est extrêmement faible, mais combien petite exactement, le modèle standard – toujours la meilleure boîte à outils pour décrire la physique des particules – ne fournit que des prédictions théoriques. Reste à savoir si le modèle standard tiendra le coup lorsque les premières données expérimentales émergeront.
Le modèle standard dit que la probabilité d'interaction augmente à mesure que l'énergie des neutrinos augmente. Ainsi Icecube recherche les neutrinos de haute énergie provenant de l'atmosphère terrestre (créés par la collision des rayons cosmiques avec l'azote et l'oxygène) ou directement du soleil ou d'autres objets de l'univers.
L'équipe scientifique derrière Icecube - dirigée par le Belge américain Francis Halzen - a maintenant une analyse de plus de dix mille neutrinos de haute énergie qui ont déjà été "capturés" en 2010 et 2011 † Pour ceux qui attendent avec impatience une autre révolution en physique, les résultats de l'analyse peuvent décevoir. Après tout, ils sont tout à fait conformes à ce que prédit le modèle standard – ce qui est bien sûr bien pour ce modèle. De plus, les physiciens du pôle Sud ont pu capturer plus de neutrinos venant d'en haut que par la route opposée. Cela indique que la Terre n'a aucune chance contre les neutrinos quasi insaisissables. (chut)
"La façon la plus simple d'imaginer votre IceCube est comme un télescope qui regarde l'univers, mais utilise des neutrinos au lieu de rayons lumineux", explique Francis Halzen. «À tout moment, des millions de ces particules élémentaires traversent le détecteur. La majeure partie vient du soleil ou de notre atmosphère – cela ne nous intéresse pas. Mais il y a aussi des particules qui se sont formées dans les parties les plus extrêmes du cosmos. Comme les neutrinos n'ont pas de charge électrique et pratiquement pas de masse, ils traversent les étoiles et les planètes sans entrave et en ligne droite. Ils arrivent "en bon état" dans notre détecteur, où nous étudions leurs propriétés et leur origine.'
« Le détecteur est un gigantesque bloc de glace :un kilomètre cube, à un mile sous le pôle Sud. Nous venons de construire l'appareil de mesure qui enregistre les événements dans ce bloc de glace. Répartis sur un kilomètre carré de glace, 86 tubes de deux kilomètres et demi de profondeur ont été forés avec un puissant jet d'eau chaude. Un câble a ensuite été descendu dans chaque tube, contenant chacun 60 détecteurs photosensibles. Au total, 5 160 détecteurs sont gelés dans la glace.'
«Environ un sur un million de neutrinos traversant la glace entre en collision avec un proton ou un neutron dans le noyau d'un atome d'hydrogène ou d'oxygène. Les débris d'une telle collision contiennent une particule de muon chargée négativement, qui se déplace à travers la glace dans la même direction que celle dans laquelle le neutrino a frappé. Il émet une lumière bleue :la lumière dite Cherenkov. Les capteurs captent cette lumière et la convertissent en un signal qui est envoyé à des ordinateurs très puissants dans l'observatoire de surface."
"Tout d'abord, il y a de la glace, et beaucoup. Les collisions entre neutrinos de haute énergie et particules dans la glace sont si rares que le détecteur doit couvrir un volume gigantesque pour n'en manquer aucune. De plus, la glace centenaire a une pureté impossible à reproduire en laboratoire. Grâce à cette pureté, la lumière bleue Cherenkov s'étend beaucoup plus loin et nous avons dû placer moins de capteurs dans la glace.'
"Mais pour être honnête:nous ne le savions pas à l'avance. C'était juste un coup de chance que la glace se soit révélée si translucide. La vraie raison pour laquelle nous sommes allés au pôle Sud était la station de recherche qui s'y trouvait déjà. Sans cette station, IceCube n'aurait jamais vu le jour. Après tout, vous ne pouvez pas simplement construire un gigantesque détecteur dans un endroit inaccessible. Vous avez besoin de matériaux de construction, d'espace pour des dizaines d'ingénieurs et de chercheurs et de vols fréquents vers et depuis la civilisation.'
