La découverte de neutrinos révélera les secrets d’événements cosmiques rares

chercheurs de la CERN laboratoire en suisse Annoncé qui ont observé et généré en laboratoire une forme de rayonnement hautement énergétique appelée rayonnement neutrino de haute énergie. Leur réalisation est sans précédent et améliorera considérablement la compréhension de la communauté scientifique de certains des environnements les plus énergétiques et les plus destructeurs du cosmos.

les particules les plus rares

Dans la nature, les neutrinos de haute énergie ne sont créés que dans des circonstances exceptionnelles. Il s’agit notamment des collisions d’étoiles à neutrons, de sursauts gamma et de pulsars. Ils se produisent également dans les champs magnétiques puissants générés lorsque les trous noirs aspirent les étoiles proches. De tels événements cosmiques sont parmi les plus rares et les plus spectaculaires de l’Univers.

Le rayonnement de neutrinos de basse énergie a été observé depuis plus d’un demi-siècle. Les neutrinos de basse énergie sont émis par des réactions nucléaires, telles que celles qui se produisent sur le Soleil ou dans un réacteur nucléaire. Les neutrinos solaires et de jet peuvent avoir moins d’un millionième de l’énergie transportée par les neutrinos hautement énergétiques créés dans le cosmos.

Les scientifiques peuvent également générer des neutrinos à l’aide de faisceaux de particules comme ceux du Laboratoire national de l’accélérateur Fermi, ou Fermilab, situé juste à l’extérieur de Chicago. Les coups de foudre du Fermilab sont les plus intenses au monde. Ils sont environ 1 000 fois plus énergétiques que ceux créés sur le Soleil ou dans les réacteurs nucléaires, mais ils sont encore bien en deçà de l’énergie transportée par certains neutrinos créés dans l’espace.

Des neutrinos de haute énergie provenant de l’espace ont déjà été détectés, mais ils sont extrêmement rares et leur détection dépend du caprice des événements cosmiques. Après tout, les étoiles à neutrons n’entrent pas en collision tous les jours. Les chercheurs qui veulent étudier les neutrinos de très haute énergie doivent attendre qu’un événement de haute énergie se produise quelque part dans l’Univers.

La patience a une limite cosmique

Heureusement, les scientifiques sont assez patients et ont construit des équipements capables d’identifier les neutrinos cosmiques de haute énergie lorsqu’ils se produisent. De très grands détecteurs sont nécessaires pour cette tâche, par exemple, le super kamiokande détecteur au Japon, qui est un réservoir contenant 50 000 tonnes d’eau ultra pure, ou le Ice Cube Observatoire de neutrinos, qui utilise un kilomètre cube de glace antarctique.

Les détecteurs doivent être aussi grands car les neutrinos interagissent très faiblement. Par exemple, environ 10 trillions de trillions (10²⁵) les neutrinos du soleil traversent le réservoir de Super-Kamiokande chaque jour, mais seuls trente de ces neutrinos interagissent avec le détecteur et peuvent être observés.

Il est donc clair que pour les scientifiques qui veulent étudier les neutrinos énergétiques, il n’est pas idéal d’attendre qu’ils soient générés quelque part dans l’espace. Il serait bien préférable de créer des neutrinos de très haute énergie sur Terre, puis de diriger un faisceau de ces neutrinos vers un détecteur en attente. Et c’est exactement ce que les chercheurs viennent de faire.

L’accélérateur de particules le plus puissant au monde s’appelle Grand collisionneur de hadronset est dans le CERN laboratoire à la frontière franco-suisse. Le collisionneur a été construit pour faire entrer en collision des faisceaux de protons de très haute énergie dans l’espoir de créer puis de détecter une particule appelée Le boson de Higgs, qui est à l’origine de la masse des plus petits éléments constitutifs de la matière. Il Découverte du boson de Higgs a été annoncé le 4 juillet 2012.

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Bien que le boson de Higgs ait été la cible principale du collisionneur, les détecteurs placés autour de l’accélérateur ont été conçus pour être très polyvalents. Au fil des années, des équipes indépendantes l’ont utilisé pour effectuer de nombreuses mesures des lois de la nature aux plus hautes énergies disponibles. En fait, depuis que le collisionneur a commencé à fonctionner, plus de 3 000 scientifiques des articles ont été publiés en utilisant les données générées par l’accélérateur.

découvertes à haute énergie

Un groupe de chercheurs a exploité l’énergie sans précédent des faisceaux de l’installation pour étudier comment créer et détecter des neutrinos de très haute énergie. Ces scientifiques ont construit ce qu’on appelle plus phasiqueo EXPÉRIENCE DE RECHERCHE AVANT. Un détecteur a été placé très près des faisceaux du LHC, à environ 480 mètres d’un endroit où les faisceaux de protons entrent en collision.

À cet endroit, FASER a pu voir les particules les plus énergétiques créées lors des collisions, ce qui en fait un détecteur idéal pour la recherche de neutrinos de très haute énergie. Dans le Conférence Moriond Electroweak 2023 à LaThuile, en Italie, des scientifiques de la FASER Annoncé qui avait observé ces particules.

Les particules transportaient jusqu’à quelques milliers de fois l’énergie des neutrinos générés avec d’autres accélérateurs de particules. Les scientifiques pourront utiliser ces données pour mieux comprendre les neutrinos de haute énergie dans l’espace. Ces nouvelles connaissances, à leur tour, aideront les astronomes à mieux comprendre ce qui se passe exactement, par exemple, lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision. Par conséquent, ce travail récent mettra en lumière certains des phénomènes cosmiques les plus spectaculaires et les plus rares.

Ce n’est que le début. Étant donné que le LHC continuera de fonctionner pendant encore deux décennies, y compris une mise à jour planifiée à la vitesse à laquelle leurs faisceaux entrent en collision, les chercheurs continueront de découvrir et de révéler le comportement des neutrinos de très haute énergie.