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26 mars 2001



Le cosmos dans un grain de glace


Comme le savent les amateurs d’affaires spatiales, on peut aller au Pôle Sud pour y chasser des météorites. Mais on peut aussi y aller pour découvrir des... galaxies.


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On a fait grand cas, ces dernières années, de ces immenses détecteurs de neutrinos —des particules invisibles, sur lesquelles nous revenons plus loin- installés à grands frais au plus profond de mines désaffectées, entre autres au Canada (plus précisément en Ontario), et au Japon. Or, voilà qu’une découverte surgie la semaine dernière dans la revue Nature nous apprend qu’un tel détecteur existe aussi dans les glaces de l’Antarctique.

Un neutrino, c’est une particule invisible, inoffensive, inutile, et qui ne pèse (presque) rien. Les neutrinos sont émis en permanence par notre Soleil, de même par toutes les étoiles du cosmos. Et le cosmos en produit un nombre beaucoup plus élevé lorsqu’un cataclysme se produit: par exemple, une étoile qui meurt dans une gigantesque explosion.

Un neutrino, c’est donc une signature d’un coin de l’univers. Une signature d’autant plus fidèle qu’un neutrino passe au-travers de la matière encore plus facilement que votre doigt passe à travers l’eau, que cette matière soit le toit d'une maison ou la Terre tout entière (!): il peut donc parcourir d’énormes distances sans être le moins du monde altéré. Au point où en attraper un s’est avéré jusqu’ici impossible : il a fallu attendre 1998 avant d'avoir uniquement la première preuve indirecte de l’existence des neutrinos. Et il a fallu attender ce moment pour qu’on puisse répondre à une question en apparence tellement banale : le neutrino a-t-il oui ou non une masse ?

De sorte que les " filets " à neutrinos, tels que ceux de l’Ontario et du Japon, en dépit de leurs premiers succès obtenus en 1998, restent encore hautement expérimentaux. On en est encore au stade très primaire de se demander ce que seraient les méthodes les plus efficaces pour attraper ces particules. Particules qui sont bien plus que de simples caprices de physiciens, puisque certains prétendent que leur nombre énorme pourrait influencer à lui seul la masse totale de l’Univers -et ainsi, nous fournir le secret de l’avenir de l’Univers : son expansion se poursuivra-t-elle indéfiniment, ou non?

Or, la découverte annoncée dans la dernière édition de la revue Nature laisse croire que, bien mieux que le fin fond d’une mine désaffectée, c’est peut-être le lointain continent antarctique qui détiendrait la clef d’un " filet à neutrinos ". Du moins, les neutrinos à haute énergie, qui proviennent de l’espace lointain, et non les neutrinos à faible énergie, en provenance du Soleil, qui sont ceux dont les détecteurs ontarien et japonais ont détectés la trace depuis deux ans.

Les premiers tests de ce détecteur, qui fait 120 mètres de diamètre et est enfoui à un kilomètre et demi sous la glace, confirment la détection de ces neutrinos, et pavent peut-être la voie à la construction d’un véritable détecteur de neutrinos là-bas. A cette différence près qu’au lieu de se servir d’eau lourde, comme dans les autres détecteurs géants de neutrinos, on se sert de la glace comme détecteur naturel. Cela fonctionne ainsi: l’équipement enfoui est ajusté pour réagir aux collisions entre les neutrinos et les protons ou neutrons de la glace environnante. Ces collisions créent des muons, une particule que les physiciens décrivent comme "un cousin lourd de l’électron", muons qui émettent une lumière bleue et ultraviolette, appelée aussi radiation Cerenkov -et c’est ça que détectent les machines. C’est ce qui constitue la  "signature" du neutrino qui est passé par là, tandis qu’il traversait notre planète de bord en bord.

L’équipe internationale d’une quarantaine de chercheurs, dirigée par Francis Halzen, de l’Université du Wisconsin, ne se contient plus. Son joujou, appelé Amanda (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array), en opérations depuis 1997, a parfaitement rempli la mission qu’on attendait de lui. Sur une période de 138 jours, il a détecté 263 neutrinos à haute énergie, et l’équipe a pu aller jusqu’à produire une carte du ciel montrant le lieu d’origine de chacune de ces 263 particules. "Cet accomplissement, commente John Bahcall, physicien des neutrinos à l’Institut des études avancées de Princeton (New Jersey), marque le début d’une nouvelle science potentielle, l’astronomie extra-galactique à l’aide de neutrinos". Certains astronomes affirment par exemple que ces neutrinos à haute énergie, étant générés dans des régions à très forte activité, pourraient provenir de la frontière même de trous noirs tels que ceux qui se trouvent au centre de plusieurs galaxies -sans parler des neutrinos qui proviennent peut-être des limites extrêmes de l’Univers, nés au moment du plus violent événement cosmique de tous les temps: le Big Bang.

 


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