Les premiers résultats du plus grand neutrino détecteur viennent d’être publiés et révèlent les mesures les plus précises des paramètres des neutrinos à ce jour.
Après avoir fait fonctionner le détecteur – l’Observatoire souterrain de neutrinos de Jiangmen (JUNO), dans le sud de la Chine – pendant un peu moins de deux mois, les chercheurs ont pu mesurer les paramètres des différents types, ou « saveurs », de neutrinos avec une précision sans précédent.
« Avant d’allumer JUNO, ces paramètres étaient issus d’une longue série d’expériences… Un demi-siècle d’effort est distillé dans la valeur numérique de ces deux paramètres », Gioacchino Ranucciporte-parole adjoint de JUNO, a déclaré à Live Science. « En 59 jours, nous avons surmonté 50 ans de mesures. Cela donne donc une idée de la puissance de JUNO. »
Le mystère fantomatique des neutrinos
Neutrinos sont peut-être les plus mystérieuses des particules connues. Chaque seconde, des milliards d’entre eux traversent votre corps. Cependant, ils interagissent très rarement avec vous ou avec toute autre question et ne pèse presque rienleur donnant le surnom de « particules fantômes ». Cela fait du neutrino l’une des particules les plus difficiles à étudier, car la plupart passent simplement par un détecteur sans laisser de trace.
Mais les physiciens sont impatients d’en savoir plus sur les neutrinos, car ils pourraient peut-être briser le Modèle standard de la physique des particules, qui est notre meilleure explication du monde subatomique. Bien qu’il s’agisse d’une théorie incroyablement réussie, elle n’est pas tout à fait complète – et ce qu’elle n’avait pas prédit était que les neutrinos auraient une masse.
La découverte que les particules fantômes ont en fait une masse (pour laquelle le Prix Nobel de physique 2015 a été décerné) est dû à ce qu’on appelle l’oscillation des neutrinos. Les neutrinos se déclinent en trois types (électron, muon et tau) et alternent entre ces identités à mesure qu’ils se déplacent dans le temps et l’espace. La raison de cet étrange phénomène n’est pas encore entièrement comprise, mais elle pourrait être la clé d’une nouvelle physique passionnante.
« Le phénomène d’oscillation signifie que les neutrinos sont jusqu’à présent la seule particule pour laquelle il existe une propriété que le modèle standard ne prédit pas », a déclaré Ranucci. « Les neutrinos sont donc le seul portail vers la physique au-delà du modèle standard. »
Pour explorer les propriétés des neutrinos et aller au-delà du modèle standard, les scientifiques ont construit de grands détecteurs en profondeur. Ici, la croûte terrestre forme un bouclier naturel contre la plupart des autres particules, tandis que les particules fantômes la traversent et ont la possibilité de faire connaître leur présence dans le détecteur.
JUNO est le dernier et le plus grand de ces détecteurs de neutrinos. Il s’agit d’une sphère de 35 mètres de large qui contient 19 700 tonnes (20 000 tonnes métriques) d’un scintillateur liquide. Ce liquide est spécialement formulé pour interagir avec un neutrino et produire un éclair lumineux. Au bord du réservoir se trouvent des capteurs capables de localiser l’éclair et de fournir des informations utiles sur le neutrino qui l’a provoqué.
Les détecteurs de neutrinos précédents fonctionnaient sur le même principe ; JUNO est tout simplement beaucoup plus grand. Elle contient 20 fois plus de scintillateur liquide que n’importe quelle expérience précédente, ce qui rend JUNO nettement plus sensible aux neutrinos. Cela a permis aux physiciens de mesurer les paramètres qui décrivent l’oscillation entre différentes saveurs de neutrinos avec une précision sans précédent, selon les chercheurs.
À la recherche d’une nouvelle physique
L’équipe JUNO a de grandes ambitions pour l’avenir et ces premiers résultats montrent qu’elle est sur la bonne voie pour atteindre ces objectifs. Avec plus de temps et plus de données, les chercheurs espèrent obtenir une précision encore meilleure sur ces paramètres d’oscillation.
Au cours de sa durée de vie, JUNO pourrait être en mesure de résoudre des mystères de physique plus anciens. Les physiciens espèrent pouvoir classer les états de masse des neutrinos du plus lourd au plus léger et peut-être même trouver des indices expliquant pourquoi nous n’en voyons pas autant. antimatière comme matière dans l’univers.
Pour l’instant, ces particules fantomatiques ont donné lieu à des murmures alléchants de physique au-delà de nos théories actuelles. Grâce à des détecteurs de neutrinos plus grands et plus performants, notre compréhension de l’univers devient plus précise.
