« Cette particule venue du fin fond de l’espace frappe la Terre » : des scientifiques captent un neutrino d’une énergie jamais vue, un mystère cosmique fascinant

Un événement exceptionnel a récemment secoué le monde de la physique des particules : un détecteur en cours de construction au fond de la mer Méditerranée a réussi à capturer le neutrino le plus énergétique jamais détecté. Ce petit mais puissant protagoniste a défié les limites de nos capacités technologiques actuelles, surpassant de loin l’énergie générée par le plus puissant accélérateur de particules de la planète, le LHC. Comment un détecteur encore inachevé a-t-il pu réaliser une telle prouesse ? Quels mystères de l’Univers ce neutrino pourrait-il nous aider à dévoiler ?

Découvrir les neutrinos

Les neutrinos sont des particules subatomiques notoirement insaisissables. Leur nature discrète et leur faible interaction avec la matière en font des énigmes fascinantes pour les physiciens. En effet, pour bloquer un flux lumineux de neutrinos, il faudrait une épaisseur d’un année-lumière de plomb. Ce paradoxe rend la détection des neutrinos extrêmement difficile, malgré le fait que des trillions d’entre eux traversent chaque seconde notre corps sans que nous nous en apercevions.

Cependant, leur production massive lors de réactions nucléaires, comme celles du Soleil ou des centrales nucléaires, offre une opportunité de détection. Des dispositifs sophistiqués, remplis de matière, augmentent les chances d’interaction avec ces particules. Un exemple emblématique de cette approche est le détecteur IceCube, basé en Antarctique. En forant dans la glace et en plaçant des chaînes de détecteurs, les scientifiques parviennent à reconstituer les trajets des neutrinos lorsqu’ils interagissent avec la matière glacée.

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Le projet KM3Net sur le plateau méditerranéen

Le projet KM3Net se distingue par sa localisation stratégique en Méditerranée, un choix motivé par les défis logistiques posés par l’Antarctique. Ce projet ambitieux prévoit la construction de deux détecteurs : ARCA, situé à 3,5 kilomètres de profondeur près de la Sicile, et ORCA, à 2,5 kilomètres sous la mer au large des côtes françaises. Ces emplacements offrent un accès plus pratique et une intégration plus facile dans l’infrastructure de recherche existante. Cependant, les courants marins introduisent une légère imprécision dans la reconstitution des trajectoires des neutrinos.

En 2023, seulement 10 % des câbles destinés à maintenir les détecteurs au fond de la mer étaient en place. Malgré cette installation partielle, le projet a réussi à enregistrer un événement d’une intensité inégalée, démontrant ainsi le potentiel immense de cette technologie. L’avenir promet des découvertes encore plus fascinantes à mesure que les détecteurs approchent de leur pleine capacité opérationnelle.

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Une énergie phénoménale

L’événement observé a commencé à l’extérieur du détecteur, lorsqu’un neutrino entrant a interagi pour produire un muon, un cousin plus lourd de l’électron. Ce muon, en pénétrant dans la zone de détection, a provoqué une avalanche de particules et de lumière, saturant certains détecteurs proches de son point d’arrivée. Environ un tiers de l’ensemble des détecteurs a capté des indices de ce passage, illustrant l’intensité de cette interaction.

Grâce à l’analyse des signaux et à la quantité d’énergie dégagée, les chercheurs ont pu estimer la direction d’origine du muon, suggérant une trajectoire parallèle à la surface terrestre. Les calculs indiquent que le muon a été produit par un neutrino avec une énergie comprise entre 60 et 230 PeV. Aucun processus terrestre connu ne peut générer un muon d’une telle énergie, et seul un neutrino, capable de traverser l’océan sans interagir, peut expliquer cette découverte.

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Un mystère cosmique

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Malgré cette avancée majeure, une question persiste : comment ce neutrino a-t-il acquis une telle énergie ? Une hypothèse est que les rayons gamma à haute énergie peuvent se transformer en matière en interagissant avec le rayonnement cosmique de fond, conférant ainsi beaucoup d’énergie aux particules nouvellement créées. Cependant, une recherche dans notre galaxie en direction de l’origine du neutrino n’a révélé aucune source de rayons gamma.

Plus loin, des blazars, qui sont des quasars orientés de manière à ce que leurs jets pointent directement vers la Terre, pourraient être à l’origine de ce phénomène. L’équipe de recherche a identifié environ une douzaine d’objets astronomiques à haute énergie dans la direction approximative de la particule, dont deux se trouvent à moins d’un pour cent de déviation de la trajectoire prédite.

Alors que la construction des deux détecteurs se poursuit, ces installations rejoindront IceCube pour collecter des données sur les neutrinos d’origine extragalactique. Ces informations pourraient nous permettre de localiser avec plus de précision les sources de neutrinos à haute énergie, nous offrant ainsi une nouvelle perspective sur l’Univers.

Quelles autres découvertes étonnantes ces détecteurs pourraient-ils nous révéler sur les secrets de l’Univers ?

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