A la recherche du neutrino, l'une des particules les plus mystérieuses de l'Univers

Formés lors de la désintégration d'éléments radioactifs, les neutrinos sont présents du Soleil aux étoiles en passant par le corps humain. Autre particularité: ils traversent sans difficulté un très grand nombre de matières. Pour étudier cette particule insaisissable, les chercheurs ont donc dû déployer des trésors d'imagination… Florilège.

GERDA

Le GERmanium Detector Array (GERDA) est un appareil très complexe qui aide les scientifiques à comprendre pourquoi nous existons. GERDA recherche le neutrino en observant l'activité électrique à l'intérieur des cristaux purs de germanium, isolés profondément sous une montagne en Italie. Les scientifiques qui travaillent avec GERDA espèrent découvrir un type très rare de désintégration radioactive.

Quand le Big Bang a engendré notre Univers (il y a 13,7 milliards d'années selon le consensus scientifique actuel), une quantité égale de matière et d'antimatière s'est formée. Quand les deux se percutent, elles s'autodétruisent pour ne laisser derrière elles que de l'énergie pure. Si les chercheurs arrivaient à identifier ces signes de désintégration, cela signifierait que le neutrino est à la fois une particule et une antiparticule — ce qui répondrait à une grande partie des questions qui nous intéressent.

SNOLAB

L'observatoire canadien de neutrinos de Sudbury (SNO) est situé à environ 2 km sous terre.

Le service SNO+ étudie les neutrinos de la Terre, du Soleil et même des supernovas. Le cœur du laboratoire est une immense sphère plastique remplie de 800 tonnes de liquide spécial appelé "scintillateur liquide". La sphère est entourée d'une enveloppe d'eau et elle est maintenue en place à l'aide de cordes. L'ensemble est contrôlé par 10 000 détecteurs de lumière ultrasensibles appelés photomultiplicateurs. Quand le neutrino interagit avec d'autres particules dans le détecteur, le scintillateur liquide est éclairé et les photomultiplicateurs captent les informations obtenues. Grâce au détecteur original du SNO, les chercheurs savent désormais qu'au moins trois types différents ou "arômes" de neutrinos sont capables de se déplacer en avant et en arrière dans l'espace-temps.

IceCube

Il s'agit du plus grand détecteur de neutrinos au monde. IceCube, situé au pôle Sud, utilise 5 160 capteurs répartis dans plus d'un milliard de tonnes de glace. L'objectif est d'obtenir la même énergie de création de neutrinos que celle des sources spatiales extrêmement violentes telles que les étoiles qui explosent, les trous noirs et les étoiles à neutrons. Quand les neutrinos percutent les molécules d'eau dans la glace, ces dernières émettent des éruptions hautement chargées en énergie de particules subatomiques, qui peuvent se répandre sur plusieurs kilomètres. Le mouvement de ces particules est si rapide qu'elles émettent un bref cône de lumière appelé "effet de Tcherenkov". Les scientifiques espèrent utiliser les informations obtenues pour reconstituer le chemin des neutrinos et déterminer leur source.

Daya Bay

Trois grandes salles enterrées sous les monts de la baie de Daya, en Chine, servent enfin de terrain de jeu aux scientifiques à la recherche des neutrinos. Six détecteurs cylindriques, chacun contenant 20 tonnes de scintillateur liquide, sont regroupés dans les salles et entourés par 1 000 photomultiplicateurs. Ils sont noyés dans des piscines d'eau pure qui bloquent toute radiation environnante. Le groupe voisin de six réacteurs nucléaires produit des millions de quadrillons d'antineutrinos électroniques inoffensifs à la seconde. Ce flux d'antineutrinos interagit avec le scintillateur liquide pour émettre de brefs éclats de lumière qui sont captés par les photomultiplicateurs. Daya Bay a été construit pour étudier les oscillations des neutrinos.

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