{"id":68670,"date":"2025-05-30T12:00:00","date_gmt":"2025-05-30T12:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.africa-press.net\/senegal\/politique\/neutrinos-messagers-cosmiques-de-lextreme"},"modified":"2025-05-30T23:14:06","modified_gmt":"2025-05-30T23:14:06","slug":"neutrinos-messagers-cosmiques-de-lextreme","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.africa-press.net\/senegal\/toutes-les-actualites\/neutrinos-messagers-cosmiques-de-lextreme","title":{"rendered":"Neutrinos, Messagers Cosmiques de L\u2019Extr\u00eame"},"content":{"rendered":"

Africa-Press – Senegal. <\/strong><\/span>De\u0301but fe\u0301vrier 2023, dans les profondeurs de la mer Me\u0301diterrane\u0301e, les de\u0301tecteurs de l\u2019instrument KM3NeT immerge\u0301 au large de la Sicile saisissent un infime e\u0301clat de lumie\u0300re bleute\u0301e. Il te\u0301moigne d\u2019un e\u0301ve\u0301nement rarissime: la rencontre entre un neutrino de haute e\u0301nergie venu du fin fond de l\u2019espace, et le noyau d\u2019un atome perdu dans la multitude de ceux qui constituent la Me\u0301diterrane\u0301e.<\/p>\n

Pour l\u2019e\u0301quipe internationale de scientifiques qui ge\u0300re l\u2019instrument en cours de montage, c\u2019est une divine surprise, car seulement 10 % des de\u0301tecteurs sont alors installe\u0301s. Commence une ve\u0301ritable enque\u0302te pour remonter jusqu\u2019au messager cosmique et mesurer son e\u0301nergie. \u00ab De\u0301terminer la direction et l\u2019e\u0301nergie de ce neutrino a ne\u0301cessite\u0301 un e\u0301talonnage pre\u0301cis du te\u0301lescope et des algorithmes sophistique\u0301s de reconstruction de trajectoire \u00bb, explique Aart Heijboer, responsable physique et logiciel de KM3NeT au moment de la de\u0301tection.<\/p>\n

Car cet e\u0301clat est en re\u0301alite\u0301 le fruit d\u2019une se\u0301rie de re\u0301actions en cascade entre particules qu\u2019il faut retracer pour pouvoir reconstituer la collision initiale… Apre\u0300s deux ans d\u2019analyses et de calculs, le re\u0301sultat est annonce\u0301 dans un article de Nature: ce neutrino, presque aligne\u0301 avec le plan de la Voie lacte\u0301e, posse\u0301dait une e\u0301nergie de 220 millions de milliards d\u2019e\u0301lectronvolts, soit 220 pe\u0301tae\u0301lectronvolts (PeV). Cela en fait le neutrino le plus e\u0301nerge\u0301tique jamais de\u0301tecte\u0301, 30 fois plus que le pre\u0301ce\u0301dent record…<\/p>\n

Si la physique des particules est morose ces temps-ci, en mal de nouvelles espe\u0300ces a\u0300 pie\u0301ger dans ses de\u0301tecteurs, les spe\u0301cialistes des neutrinos ont le moral au beau fixe. D\u2019un point de vue the\u0301orique comme expe\u0301rimental, la plus le\u0301ge\u0300re et la plus abondante des particules de l\u2019Univers est plus que jamais sous les projecteurs. On cherche a\u0300 cerner sa masse, l\u2019un des grands myste\u0300res du cosmos.<\/p>\n

Mais aussi, \u00ab les neutrinos sont de fantastiques sondes pour explorer l\u2019Univers, en particulier ses phe\u0301nome\u0300nes les plus extre\u0302mes, comme les jets de matie\u0300re issus des trous noirs ou les fusions d\u2019e\u0301toiles a\u0300 neutrons. La de\u0301couverte de KM3NeT\/ Arca [un autre de\u0301tecteur, Orca, est en construction au large de Toulon] ouvre ainsi une nouvelle fene\u0302tre sur les phe\u0301nome\u0300nes extre\u0302mes de l\u2019Univers \u00ab , souligne Ve\u0301ronique Van Elewyck, physicienne au laboratoire Astroparticule et cosmologie de l\u2019universite\u0301 Paris Cite\u0301 et membre de la collaboration KM3NeT.<\/p>\n

Mais avant de suivre sa trace dans les profondeurs de l\u2019espace, encore faut-il remonter jusqu\u2019a\u0300 l\u2019origine du neutrino. Rien n\u2019est banal chez cette particule, a\u0300 commencer par sa naissance toute the\u0301orique. Il fut imagine\u0301 en 1930 par le physicien autrichien Wolfgang Pauli pour re\u0301soudre un casse-te\u0302te: dans certaines de\u0301sinte\u0301grations radioactives, une partie de l\u2019e\u0301nergie semble disparai\u0302tre au cours de la re\u0301action. Le phe\u0301nome\u0300ne en question se nomme \u00ab de\u0301sinte\u0301gration be\u0302ta \u00bb, par laquelle un neutron d\u2019un noyau instable se transforme spontane\u0301ment en un proton, en e\u0301mettant un e\u0301lectron. Mais a\u0300 la surprise des physiciens, l\u2019e\u0301lectron e\u0301jecte\u0301 n\u2019a pas toujours la me\u0302me e\u0301nergie. Il peut jaillir plus ou moins vite, comme si une fraction d\u2019e\u0301nergie se volatilisait, contredisant au passage un principe fondamental de la physique: la conservation de l\u2019e\u0301nergie.<\/p>\n

Wolfgang Pauli e\u0301mit alors l\u2019hypothe\u0300se qu\u2019une autre particule, neutre e\u0301lectriquement, presque sans masse et quasi inde\u0301tectable (puisque pas de\u0301tecte\u0301e a\u0300 l\u2019e\u0301poque), emportait cette fraction d\u2019e\u0301nergie manquante. C\u2019est l\u2019acte de naissance du neutrino, \u00ab petit neutre \u00bb en italien, comme le baptise Enrico Fermi en 1933. Il fallut un quart de sie\u0300cle pour prouver son existence. En 1956, Frederick Reines et Clyde Cowan de\u0301tectent pour la premie\u0300re fois un neutrino e\u0301mis par un re\u0301acteur nucle\u0301aire. Frederick Reines recevra pour cela le prix Nobel en 1995.<\/p>\n

Une particule essentielle mais atypique<\/b><\/p>\n

Depuis, le neutrino s\u2019est impose\u0301 comme une particule essentielle mais atypique du mode\u0300le standard de la physique. Il en existe trois sortes ou \u00ab saveurs \u00bb \u2013 e\u0301lectronique, muonique et tauique -, associe\u0301es respectivement a\u0300 l\u2019e\u0301lectron et a\u0300 ses cousins plus massifs, le muon et le tau. Mais, contrairement a\u0300 ces derniers, le neutrino n\u2019est sensible qu\u2019a\u0300 la gravitation et surtout a\u0300 l\u2019interaction faible.<\/p>\n

Celle-ci est l\u2019une des quatre forces fondamentales, qui se manifeste uniquement dans le noyau des atomes. \u00ab Les neutrinos sont les seules particules qui n\u2019interagissent que par l\u2019interaction faible. Ils peuvent ainsi traverser des milieux tre\u0300s denses, sans e\u0302tre ni de\u0301vie\u0301s ni absorbe\u0301s \u00ab , note Ve\u0301ronique Van Elewyck.<\/p>\n

Parfois, les neutrinos s\u2019arre\u0302tent malgre\u0301 tout. Il arrive, tre\u0300s rarement, qu\u2019un de ces messagers entre en collision avec un atome. Plusieurs techniques permettent alors d\u2019enregistrer leur passage. Certains de\u0301tecteurs utilisent des cristaux ou des gaz, sensibles a\u0300 l\u2019e\u0301nergie de\u0301pose\u0301e lors de ces interactions infimes. Mais pour les neutrinos de tre\u0300s haute e\u0301nergie, comme celui capte\u0301 par KM3NeT, la me\u0301thode est diffe\u0301rente.<\/p>\n

En fe\u0301vrier 2023, lorsque le neutrino de saveur muonique a interagi avec un noyau, il a produit un muon. Ce muon s\u2019est trouve\u0301 propulse\u0301 a\u0300 une vitesse de\u0301passant celle de la lumie\u0300re dans l\u2019eau (mais pas dans le vide, inde\u0301passable). Il a alors engendre\u0301 une lumie\u0300re bleute\u0301e, analogue au \u00ab bang \u00bb supersonique, mais dans l\u2019optique et l\u2019ultraviolet. C\u2019est l\u2019effet Tcherenkov, de\u0301taille\u0301 par l\u2019inge\u0301nieur sovie\u0301tique Pavel Tcherenkov dans les anne\u0301es 1930. Seule cette lueur fugace, saisie et amplifie\u0301e par les capteurs photoniques de KM3NeT, trahit le passage du neutrino.<\/p>\n

La majorite\u0301 des neutrinos de\u0301tecte\u0301s sur Terre proviennent de sources connues: re\u0301actions nucle\u0301aires dans le Soleil, re\u0301acteurs nucle\u0301aires civils… Jusque dans l\u2019atmosphe\u0300re, ou\u0300 ces particules sont produites en cascade lorsque des rayons cosmiques frappent les noyaux d\u2019atomes, cre\u0301ant des gerbes de particules instables (pions, kaons), qui se de\u0301sinte\u0300grent a\u0300 leur tour en e\u0301mettant des neutrinos. Leur e\u0301nergie reste modeste, de l\u2019ordre du million au milliard d\u2019e\u0301lectronvolts. Ils sont toutefois traque\u0301s dans de nombreux de\u0301tecteurs, ou\u0300 l\u2019on e\u0301tudie leur masse ou leur capacite\u0301 a\u0300 osciller entre leurs trois diffe\u0301rentes saveurs.<\/p>\n

Si l\u2019on monte en e\u0301nergie, on bascule dans la cate\u0301gorie des neutrinos ultra-e\u0301nerge\u0301tiques. Ces particules-la\u0300 ne naissent pas dans des environnements ordinaires. Elles sont issues de processus astrophysiques extre\u0302mes, la\u0300 ou\u0300 la matie\u0300re est broye\u0301e, acce\u0301le\u0301re\u0301e jusqu\u2019a\u0300 des vitesses proches de la lumie\u0300re. \u00ab C\u2019est le cas des noyaux actifs de galaxies: des trous noirs gigantesques qui accre\u0300tent la matie\u0300re environnante sous la forme d\u2019un disque, ce me\u0301canisme e\u0301jectant aussi de la matie\u0300re dans l\u2019espace sous forme de jets de particules. Ces phe\u0301nome\u0300nes constituent de bons sites de production de neutrinos \u00ab , explique Ve\u0301ronique Van Elewyck.<\/p>\n

A\u0300 la recherche des neutrinos cosmoge\u0301niques<\/b><\/p>\n

Plus ge\u0301ne\u0301ralement, tout environnement dense ou\u0300 des noyaux tre\u0300s e\u0301nerge\u0301tiques circulent peut ge\u0301ne\u0301rer des neutrinos: parmi ceux-ci, les e\u0301jections de matie\u0300re et de rayonnement provoque\u0301es par la fusion d\u2019e\u0301toiles a\u0300 neutrons ou par certaines explosions en supernovae, commune\u0301ment appele\u0301es sursauts gamma.<\/p>\n

\u00ab Si des noyaux charge\u0301s sont acce\u0301le\u0301re\u0301s a\u0300 de grandes e\u0301nergies, il y aura une e\u0301mission de neutrinos dans l\u2019environnement proche de la source, ou\u0300 il y a beaucoup de matie\u0300re en ge\u0301ne\u0301ral \u00ab , de\u0301taille la chercheuse. Il reste a\u0300 associer formellement les neutrinos a\u0300 ces e\u0301ve\u0301nements violents gra\u0302ce a\u0300 l\u2019astronomie \u00ab multi-messagers \u00bb, en joignant leur de\u0301tection a\u0300 un signal dans le domaine e\u0301lectromagne\u0301tique (optique, rayons gamma, X…), ou l\u2019e\u0301mission d\u2019ondes gravitationnelles.<\/p>\n

Cela n\u2019a e\u0301te\u0301 fait que dans de tre\u0300s rares cas pour le moment. Mais certains neutrinos de haute e\u0301nergie pourraient provenir d\u2019un phe\u0301nome\u0300ne plus diffus, a\u0300 l\u2019e\u0301chelle de l\u2019Univers tout entier, la\u0300 ou\u0300 des rayons cosmiques ultra-e\u0301nerge\u0301tiques croisent la lumie\u0300re la plus ancienne du cosmos. Ce sont les neutrinos cosmoge\u0301niques. Ils seraient engendre\u0301s lorsque des protons ou noyaux tre\u0300s e\u0301nerge\u0301tiques (issus par exemple de supernov\u00e6) entrent en collision avec les photons du fond diffus cosmologique -cette lumie\u0300re fossile e\u0301mise 380.000 ans apre\u0300s le Big Bang. De cette rencontre naissent des neutrinos d\u2019une e\u0301nergie colossale, capables de traverser l\u2019Univers sans jamais de\u0301vier. Mais pour l\u2019instant, leur existence reste the\u0301orique.<\/p>\n

\u00ab On s\u2019attend a\u0300 voir un maximum de ces flux aux alentours de 100 PeV, ce qui rentre dans la fene\u0302tre de de\u0301tection deKM3NeT \u00ab , se re\u0301jouit la physicienne. Le neutrino de\u0301tecte\u0301 par KM3NeT pourrait ainsi constituer le premier te\u0301moin direct de ce processus. Mais il est encore trop to\u0302t pour e\u0301carter d\u2019autres hypothe\u0300ses, comme un neutrino issu d\u2019un e\u0301ve\u0301nement cosmique violent de type supernovae.<\/p>\n

Pour qu\u2019un neutrino puisse e\u0302tre classe\u0301 comme cosmoge\u0301nique, encore faut-il qu\u2019il s\u2019inscrive dans un flux re\u0301parti de manie\u0300re uniforme sur la sphe\u0300re ce\u0301leste, comme l\u2019est le fond diffus cosmologique. Or, l\u2019e\u0301ve\u0301nement de fe\u0301vrier 2023 reste isole\u0301. \u00ab Mais cela va changer, espe\u0300re Ve\u0301ronique Van Elewyck. D\u2019abord, parce que le de\u0301ploiement de notre instrument se poursuit. On espe\u0300re qu\u2019il sera termine\u0301 en 2030. Il occupera alors un volume de 1 km3 et comptera 200.000 photode\u0301tecteurs. \u00bb<\/p>\n

Par ailleurs, il be\u0301ne\u0301ficiera du renfort d\u2019Icecube, en fonctionnement en Antarctique depuis 2010, qui devrait s\u2019agrandir dans les prochaines anne\u0301es, dans le cadre du programme Gen2. Le volume du de\u0301tecteur de 1 km3 sera multiplie\u0301 par huit, ce qui le rendra d\u2019autant plus sensible aux neutrinos cosmoge\u0301niques. \u00ab Le petit neutre \u00bb n\u2019a donc pas fini d\u2019enthousiasmer les astrophysiciens qui le traquent depuis le fond des mers jusque dans leurs laboratoires.<\/p>\n

\u00ab On a longtemps cru que les neutrinos e\u0301taient de\u0301pourvus de masse \u00bb<\/b>
\nSciences et Avenir: Pourquoi s\u2019inte\u0301resser a\u0300 la masse des neutrinos?<\/b><\/p>\n

Michel Gonin: Parce que l\u2019on a longtemps cru qu\u2019ils en e\u0301taient de\u0301pourvus, a\u0300 l\u2019image du photon. Cela s\u2019inte\u0301grait bien au mode\u0300le standard de la physique des particules qui ne leur imposait pas de masse. Mais cette vision a bascule\u0301 en 1998, avec la de\u0301couverte des oscillations de neutrinos. Ces dernie\u0300res impliquent ne\u0301cessairement une masse non nulle. Autrement, un neutrino resterait fige\u0301 dans son e\u0301tat d\u2019origine. Or ce n\u2019est pas ce que l\u2019on observe.<\/p>\n

Sciences et Avenir: Que signifie \u00ab l\u2019oscillation \u00bb des neutrinos?<\/b><\/p>\n

Lorsqu\u2019un neutrino est e\u0301mis, il n\u2019a pas une identite\u0301 fixe. Il est une superposition des trois e\u0301tats possibles, e\u0301lectronique, muonique et tauique, ou\u0300 chacun peut dominer les autres. Un neutrino d\u2019abord e\u0301lectronique peut ainsi se transformer en muonique ou tauique. Ce n\u2019est qu\u2019au moment de la de\u0301tection que l\u2019on connai\u0302t formellement son identite\u0301, qui se fige alors. Ce comportement e\u0301trange est une manifestation directe de la physique quantique.<\/p>\n

Sciences et Avenir: En quoi ces oscillations inte\u0301ressent-elles la physique fondamentale?<\/b><\/p>\n

Elles permettent par exemple d\u2019explorer les diffe\u0301rences de comportement entre la matie\u0300re et l\u2019antimatie\u0300re. Si les neutrinos et les antineutrinos n\u2019oscillent pas exactement de la me\u0302me manie\u0300re, cela pourrait contribuer a\u0300 expliquer pourquoi l\u2019Univers est constitue\u0301 presque exclusivement de matie\u0300re, alors qu\u2019il aurait du\u0302 produire autant d\u2019antimatie\u0300re que de matie\u0300re au moment du Big Bang.<\/p>\n

Sciences et Avenir: Vous travaillez au Japon sur Hyper-Kamiokande, une expe\u0301rience monumentale…<\/b><\/p>\n

C\u2019est le successeur de Super-Kamiokande, ou\u0300 ont e\u0301te\u0301 observe\u0301es les oscillations pour la premie\u0300re fois. Hyper-Kamiokande est une version huit fois plus grande de\u0301volue a\u0300 l\u2019e\u0301tude des neutrinos, mais aussi a\u0300 la de\u0301sinte\u0301gration du proton. La cuve, a\u0300 650 m sous terre, pourra contenir un volume e\u0301quivalent a\u0300 1,5 fois celui de Notre-Dame de Paris. Les premie\u0300res donne\u0301es sont attendues pour 2028.<\/p>\n

Pour plus d’informations et d’analyses sur la Senegal<\/span>, suivez Africa-Press<\/span><\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Africa-Press – Senegal. De\u0301but fe\u0301vrier 2023, dans les profondeurs de la mer Me\u0301diterrane\u0301e, les de\u0301tecteurs de l\u2019instrument KM3NeT immerge\u0301 au large de la Sicile saisissent un infime e\u0301clat de lumie\u0300re bleute\u0301e. 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