Pour la première fois, des physiciens ont créé et détecté des “particules fantômes” à haute énergie à l’intérieur du plus grand collisionneur d’atomes du monde. Les découvertes pourraient aider à percer les secrets de la transformation des étoiles en supernovae.
Les minuscules particules, appelées neutrinosils ont été détectés par le détecteur de neutrinos FASER du Large Hadron Collider (LHC), le plus grand accélérateur de particules au monde, situé à l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) près de Genève, en Suisse.
Les neutrinos méritent leur surnom spectral parce que leur charge électrique inexistante et leur masse proche de zéro signifient qu’ils interagissent à peine avec d’autres types de matière. Fidèles à leur surnom effrayant, les neutrinos traversent la matière ordinaire à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. le physique ont présenté leurs résultats (s’ouvre dans un nouvel onglet) à la 57e conférence Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories à La Thuile, Italie, le 19 mars.
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“Nous avons découvert des neutrinos provenant d’une source complètement nouvelle, les collisionneurs de particules, où deux faisceaux de particules entrent en collision à une énergie extrêmement élevée.” jonathan feng (s’ouvre dans un nouvel onglet)physicien de l’Université de Californie à Irvine et co-porte-parole de la collaboration FASER, dit dans un communiqué (s’ouvre dans un nouvel onglet).
Chaque seconde, environ 100 milliards de neutrinos traversent chaque centimètre carré de votre corps. Les minuscules particules sont partout : produites dans le feu nucléaire des étoiles, dans les énormes explosions de supernova, par les rayons cosmiques et la désintégration radioactive, et dans les accélérateurs de particules et les réacteurs nucléaires sur Terre. En fait, les neutrinos, qui ont été découverts pour la première fois à la sortie d’un réacteur nucléaire en 1956, viennent juste après les photons en tant que particules subatomiques les plus abondantes dans l’univers.
Mais malgré leur omniprésence, les interactions infimes des particules non chargées et presque sans masse avec d’autres matières les rendent incroyablement difficiles à détecter. Malgré ces nombreuses expériences célèbres de détection de neutrinos, telles que le détecteur japonais Super-Kamiokande, le MiniBooNE du Fermilab et le détecteur Antarctique IceCube, ont pu détecter des neutrinos générés par le soleil.
Mais les neutrinos qui nous parviennent du soleil ne sont qu’une petite partie des particules fantômes qui existent. À l’autre extrémité du spectre d’énergie se trouvent des neutrinos de haute énergie produits dans de gigantesques explosions de supernova et dans des gerbes de particules lorsque des particules de l’espace lointain entrent en collision avec l’atmosphère terrestre. Ces fantômes à haute énergie ont été un mystère pour les scientifiques jusqu’à présent.
“Ces neutrinos de très haute énergie au LHC sont importants pour comprendre des observations vraiment passionnantes en astrophysique des particules.” jamie boyd (s’ouvre dans un nouvel onglet), physicien des particules au CERN et co-porte-parole de FASER, a déclaré dans le communiqué. Les nouvelles détections pourraient aider à expliquer comment les étoiles brûlent et explosent, et comment les interactions de neutrinos à haute énergie provoquent la production d’autres particules dans l’espace.
Pour capturer les spectres subatomiques, les physiciens ont construit un s’more de détection de particules : des plaques métalliques denses de plomb et de tungstène prises en sandwich par plusieurs couches de saleté détectant la lumière appelée émulsion. Lorsque des faisceaux de protons de haute puissance entrent en collision à l’intérieur du LHC, ils produisent une pluie de particules de sous-produits, dont une petite fraction de neutrinos, qui pénètrent dans le s’more. Les neutrinos de ces collisions se brisent ensuite en noyaux atomiques dans les plaques métalliques denses et se décomposent en d’autres particules. Les couches d’émulsion fonctionnent comme les vieux films photographiques, réagissant avec les sous-produits de neutrinos pour imprimer les contours tracés des particules lorsqu’elles les traversent.
En « dépliant » cette émulsion en forme de film et en analysant les traînées de particules, les physiciens ont découvert qu’une partie des marquages était produite par des jets de particules faits par des neutrinos traversant les plaques ; ils ont même pu déterminer laquelle des trois “saveurs” de particules de neutrinos (tau, muon ou électron) ils avaient détectées.
Les six neutrinos détectés par cette expérience ont été identifiés pour la première fois en 2021. Il a fallu deux ans aux physiciens pour collecter suffisamment de données pour confirmer qu’ils étaient réels. Maintenant, ils espèrent en trouver beaucoup plus et pensent qu’ils pourraient les utiliser pour sonder des environnements à travers l’univers où des particules fantômes à haute énergie sont créées.
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