Chaque seconde de chaque jour, la Terre est bombardée par des particules venues de l’espace. Certaines de ces particules sont obstruées par l’atmosphère de notre planète mais peuvent projeter d’autres particules, tandis que d’autres peuvent zoomer dans l’atmosphère et traverser facilement tout, y compris nous.
Vous ne sentirez pas ces particules vous traverser, mais cela soulève une question : combien de particules cosmiques traversent réellement votre corps à un moment donné ?
Les particules les plus courantes qui nous traversent depuis l’espace sont des particules fantomatiques connues sous le nom de neutrinos. « On estime que 100 000 milliards de neutrinos traversent chacun de nous chaque seconde. » Michael Pravicaprofesseur de physique à l’Université du Nevada à Las Vegas, a déclaré à Live Science.
Les neutrinos interagissent à peine avec la matière ordinaire. Presque tous passent par nous et le reste de la planète sans laisser de trace. « Le fait que la plupart de ces particules n’interagissent jamais avec nous démontre qu’il existe une réalité sous-jacente à notre existence, dont nous ne sommes même pas conscients », a déclaré Pravica.
Les neutrinos proviennent de l’activité nucléaire. Presque tous les neutrinos qui nous traversent proviennent du fusion nucléaire réactions qui alimentent le Soleil, même si certains neutrinos proviennent de beaucoup plus loin, voire d’autres galaxies, Lu Luprofesseur adjoint de physique à l’Université du Wisconsin-Madison, a déclaré à Live Science.
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Les autres particules extraterrestres qui frappent continuellement la Terre sont rayons cosmiques — des particules chargées électriquement et hautement énergétiques qui se déplacent presque à la même vitesse. vitesse de la lumière de toutes les directions, selon l’Université de Chicago. Bien que les réactions nucléaires du Soleil produisent des rayons cosmiques de très faible énergie, la grande majorité des rayons cosmiques proviennent d’au-delà du système solaire. Celles-ci peuvent être créées lorsque des étoiles lointaines explosent sous forme de supernovas et que la matière devient supermassive. trous noirsou les galaxies entrent en collision, selon l’Université de Chicago.
Les rayons cosmiques sont pour la plupart soit des protons, qui sont les noyaux des atomes d’hydrogène, soit des noyaux atomiques d’éléments plus lourds (qui contiennent à la fois des protons et des neutrons), comme l’hélium ou le fer. Les électrons et les positrons (les homologues antimatière des électrons) constituent également une infime fraction des rayons cosmiques.
Lorsque les rayons cosmiques frappent la Terre, ils sont généralement bloqués par les molécules d’air présentes dans l’atmosphère de notre planète, a expliqué M. Lu. Cependant, ces collisions peuvent générer des gerbes de particules secondaires qui parviennent jusqu’au sol. Il s’agit notamment des muons, qui sont des particules subatomiques chargées négativement qui ressemblent beaucoup aux électrons, sauf qu’elles sont plus de 200 fois plus massives.
Au niveau de la mer sur Terre, environ un muon passe par 0,15 pouce carré (1 centimètre carré) par minute, a déclaré Lu. « Pour une personne, le nombre varie de dizaines à centaines par seconde », a-t-elle noté. « Environ un ou deux passages dans une main chaque seconde. »
Les muons étant chargés électriquement, ils peuvent interagir avec la matière qu’ils rencontrent. « Leurs trajectoires peuvent être rendues visibles dans une chambre à nuages », une boîte à vapeur dans laquelle une traînée de brume peut être vue lorsqu’une particule chargée traverse la vapeur, a expliqué Lu.
En revanche, les neutrinos ne sont pas chargés électriquement. Ils n’ont également presque aucune masse. Ces deux qualités rendent très difficile la détection des neutrinos, c’est pourquoi ils sont souvent surnommés « particules fantômes ».
Détection de particules cosmiques
Les scientifiques estiment le nombre de neutrinos qui traversent notre corps en enregistrant « la infime fraction qui entre en collision avec la matière à l’intérieur ou à proximité d’un détecteur », a déclaré Lu. « Tout le reste suit en travaillant à rebours à partir de ces quelques-uns. »
Par exemple, le Observatoire de neutrinos IceCube en Antarctique, entoure 0,24 mile cube (1 kilomètre cube) de glace avec des milliers de capteurs de lumière. « Lorsqu’un neutrino interagit avec un noyau atomique dans la glace, il produit des particules chargées qui se déplacent rapidement et ces particules émettent un léger éclair bleu. Lumière Tchérenkovque les capteurs enregistrent », a déclaré Lu. « À partir du motif et de la luminosité de cette lumière, nous pouvons reconstruire l’énergie et la direction du neutrino. »
Pour estimer combien de neutrinos traversent la Terre sur la base de ces interactions enregistrées, « nous tenons compte de la taille du détecteur, de sa durée de fonctionnement, de son efficacité de détection et de la probabilité qu’un neutrino d’une énergie donnée interagisse », a déclaré Lu. « C’est un peu comme estimer le nombre de poissons dans une rivière à partir des quelques poissons capturés dans un filet très grossier. Si vous connaissez la taille du filet, combien de temps il est resté dans l’eau et avec quelle facilité les poissons s’y glissent, vous pouvez revenir en arrière sur toute la rivière. »
En ce qui concerne les neutrinos étudiés par IceCube, même si des milliers de milliards traversent chacun de nos corps chaque seconde, presque aucun d’entre eux n’interagit avec nos atomes. « Vous ne vous attendez qu’à environ une interaction dans votre corps, peut-être quelques-unes, au cours d’une vie entière », a déclaré Lu.
Ces rares interactions n’auraient pratiquement aucun effet sur nous. Étant donné le peu d’énergie qu’une telle interaction déposerait, ces neutrinos « ne présentent aucun risque pour la santé », a déclaré Lu.
En revanche, les pluies de particules résultant des impacts des rayons cosmiques peuvent potentiellement affecter la biologie humaine. « Au niveau du sol, les muons dominent les particules chargées pénétrantes qui nous parviennent des pluies de rayons cosmiques », a expliqué Lu. « À des altitudes plus élevées, et notamment lors des voyages en avion, d’autres particules secondaires, en particulier les neutrons, contribuent pour une part significative à la dose biologiquement pertinente. »
Pourtant, les effets de ces pluies de rayons cosmiques sont généralement faibles. « Pour une personne moyenne, le rayonnement cosmique contribue à environ 0,4 millisieverts par an, soit à peu près la même chose que quelques rayonnements thoraciques. Rayons X réparties tout au long de l’année, sur un fond naturel total d’environ 2,4 millisieverts provenant de toutes les sources », a déclaré Lu. « La dose varie en fonction de l’altitude, de la latitude et du blindage. Au niveau du sol, les muons et autres particules de rayons cosmiques ne sont pas considérés comme présentant un risque important pour la santé. La vie sur Terre en baigne depuis le début. »
Ainsi, chaque seconde, environ 100 000 milliards de neutrinos et des dizaines à des centaines de muons traversent votre corps par seconde, et peut-être une infime diffusion de neutrons et d’autres particules cosmiques ou de débris de particules cosmiques impactant l’atmosphère.
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Ces particules cosmiques pourraient conduire à diverses découvertes. Par exemple, les scientifiques ont utilisé des détecteurs de muons pour identifier passages cachés dans les pyramides. Et « les neutrinos de haute énergie nous permettent d’étudier certains des environnements les plus violents et les plus cachés de l’univers, tels que les régions entourant les trous noirs, les étoiles qui explosent et d’autres puissants accélérateurs cosmiques », a déclaré Lu.
« Comme les neutrinos interagissent si faiblement, ils peuvent s’échapper de régions denses que la lumière ne peut pas pénétrer », a-t-elle expliqué. « Ils transportent donc des informations directement depuis les endroits où sont produites certaines des particules les plus énergétiques de la nature. »
Dans l’ensemble, « les particules qui nous traversent nous rappellent constamment que nous ne sommes pas séparés de l’univers », a déclaré Lu. « Nous faisons partie d’une histoire cosmique remontant à 13,8 milliards d’années« .
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