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50000 tonnes d’eau et la taille d’un bâtiment de 15 étages: c’est le Super-Kamiokande, l’observatoire des super neutrinos

50000 tonnes d'eau et la taille d'un bâtiment de 15 étages: c'est le Super-Kamiokande, l'observatoire des super neutrinos

Avoir un nom qui ressemble à un robot super japonais ou quelque chose comme ça porte une grande responsabilité, et bien que ce ne soit pas quelque chose comme ça ou similaire, la vérité est que le Super-Kamiokande c’est une super structure (qui vaut la redondance) avec des missions qui ne sont pas du tout communes. Pas de science-fiction, seule la science est ce que abrite cet énorme détecteur de neutrinos situé au Japon.

Plus précisément, cet observatoire particulier est situé sur le mont Ikeno, enterré à un kilomètre de profondeur. Particulier parce que ce que cette structure détecte sont des neutrinos, des particules subatomiques avec une masse si petite qu’elles sont capables de traverser la matière solide et cela les rend très difficile à détecter, bien que l’application finale de votre étude puisse inclure une meilleure connaissance des étoiles et, après tout, de l’univers.

Un bâtiment de quinze étages dédié à l’étude des particules subatomiques

Super-Kamiokande est également connu sous l’abréviation de Super-K, et nous en avons parlé lors de l’examen du rayonnement tchérenkov bleuâtre. Dans la mine Mozumi, sous la ville de Hida (à Gifu, Japon) se trouve cette structure de 40 mètres de haut sur 40 de large, plus ou moins comme un bâtiment de quinze étages, étant l’un des observatoires les plus précis qui existent au monde.

Les réacteurs des centrales nucléaires ne sont pas si enterrés, pourquoi cet observatoire l’est-il? Cela a déjà été expliqué par le célèbre astrophysicien Neil deGrasse Tyson, lorsqu’il a parlé de Super-K et de neutrinos, commentant que l’observatoire est si profond qu’il y a une distance suffisante. pour que la terre ne permette pas le passage d’autres particules.

« La question n’est pas un obstacle au neutrino. Un neutrino pourrait traverser 100 années-lumière d’acier sans même freiner. » Neil deGrasse Tyson, astrophysicien

Il est le successeur des Kamiokande et Kamiokande II, des structures déjà capables d’observer les neutrinos, mais pas assez sensibles pour détecter la désintégration des protons, qui se produit lorsque les protons se désintègrent à l’extérieur du noyau. Et c’était précisément la principale mise à jour (et la raison) pour construire un nouveau Kamiokande, car il pouvait détecter désintégration du proton et les neutrinos, provenant de l’atmosphère, du Soleil et des supernovae partout dans notre galaxie.

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Opérateur Super K 02 Certains travailleurs effectuant des tâches d’entretien sur un radeau au-dessus de l’eau dans le réservoir. Image: Université de Tokyo

L’eau si pure qu’elle dissout le métal

Alors, comment les neutrinos, les supernovae, le rayonnement bleuâtre et tant d’eau s’intègrent-ils dans tout cela? Justement, ce sont les éléments de base du workflow du Super-K et l’objet de son étude. Nous allons par parties.

Avant, nous avons déjà évoqué un élément clé du processus: Rayonnement Tchérenkov. Résumant beaucoup ce que nous avons déjà expliqué à l’époque, lorsque les atomes sont cassés dans un réacteur (fission) les « morceaux » (particules subatomiques) jaillissent avec beaucoup d’énergie et une vitesse supérieure à celle de la lumière, générant un champ électromagnétique et perdant l’énergie émise sous forme de photons (lumière).

Cette lumière s’accumule formant un cône (dont le sommet est le point de rencontre des fronts d’onde), tout comme celui du mur du son mais en optique, et à la fin ce flash donne des informations sur la direction et le type de neutrino cela arrive.

Où est l’eau? Entourant tout cela, dans ce cas étant 50000 tonnes entourées d’environ 11000 tubes photomultiplicateurs (Détecteurs de lumière très sensibles, appelés PMT, qui détectent la lumière et la convertissent en courant électrique afin de pouvoir l’observer). Sa fonction est de refroidir, afin que les noyaux soient plus stables et faciles à contrôler, ainsi que d’être le milieu qui rend les autres particules plus rapides que les photons (dans ce cas, ce qui est projeté après la fission).

Ainsi, ce que les chercheurs observent, c’est le rayonnement Tchérenkov produit par les neutrinos lorsqu’ils traversent l’eau. En fait, cette eau est aussi assez particulière car elle est pure, très pur.

On nous a toujours dit que boire de l’eau distillée (c’est-à-dire H₂O sans rien d’autre) n’est pas bon et ça l’est, mais cette eau ultrapure est encore « pire » car elle a les caractéristiques à la fois d’un acide et d’un alcalin, pouvant arriver à dissoudre les métaux. Pourquoi cette eau est-elle si propre? Car pour que les flashs des ondes de choc atteignent ces capteurs, il faut que l’eau soit la plus propre possible (ce qui est obtenu en la purifiant en permanence aux ultraviolets, ce qui évite toute présence bactérienne).

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Ainsi, dans l’expérience T2K, par exemple, un faisceau de neutrinos est tiré de Tokay vers Kamioka (vers Super-K), parcourant ainsi 295 kilomètres. Avec lui, ils ont pu observer pour la première fois oscillations de neutrinos (plus ou moins, les changements qu’ils subissent lorsqu’ils traversent la matière), ce qui peut donner des indices sur la relation entre la matière et l’antimatière.

Les « pointes fourchues » et autres curiosités du travail dans le Super-K

Dans Business Insider, ils ont pu interviewer trois des scientifiques qui travaillent chez Super-K et ils ont expliqué à la fois leur objectif et les risques de travailler dans de telles installations spéciales. Bien que les particules qu’ils détectent et étudient soient minuscules, comme nous l’avons dit au début, le regard est en fait davantage tourné vers le cosmos.

L’étude des neutrinos permet mieux comprendre des éléments aussi gigantesques que les supernovae, et à la fin être en mesure de mieux comprendre de quoi est fait l’univers. En étant attentifs aux neutrinos, nous pouvons détecter des étoiles qui sont sur le point de s’effondrer (de «mourir»), permettant ainsi de bien étudier ce processus et en espérant que cela aide à comprendre à quoi ressemble l’univers, ce qui s’y passe et comment.

Le Dr Yoshi Uchida (de l’Imperial College de Londres) a expliqué cela avec un exemple pratique: dans le cas où une supernova s’effondre sur elle-même et devient un trou noir, le Super-K ce serait l’un des rares endroits de notre planète « dans lequel vous pouviez voir tout l’amalgame de neutrinos qui émerge » de cet événement et d’autres événements similaires.

Uchida ajoute qu’on estime qu’il y a des explosions de supernova tous les 30 ans, donc manquer l’une d’entre elles signifie attendre plusieurs décennies pour en voir une autre. Le Dr Morgan Wascko (de la même université) souligne que l’étude des neutrinos est l’un des moyens possibles de essayez de découvrir ce qui est arrivé à l’antimatière après le Big Bang, puisque les modèles actuels prédisent que la matière et l’antimatière pourraient être créées à parts égales dans cette grande explosion.

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Le Dr Matthew Malek a fait tremper quelques centimètres de ses cheveux pendant longtemps dans l’eau ultrapure et cela a fini par extraire tous les nutriments de ses cheveux, atteignant son cuir chevelu et provoquant une terrible démangeaison.

Quant à les risques, Le Dr Matthew Malek raconte une anecdote assez particulière. Uchida a commenté que l’eau ultrapure est un excellent exfoliant et ne l’a pas dit en vain, puisque Malek avait submergé quelques centimètres de ses cheveux pendant longtemps et que cette eau avait fini par extraire tous les nutriments de ses cheveux, atteignant son cuir chevelu et le provoquant. une démangeaison très vive.

Ce n’était évidemment pas quelque chose de volontaire. L’une des tâches de maintenance oblige les chercheurs à se rendre dans des radeaux (comme celui dans lequel nous avons vu deGrasse) et en raison d’une défaillance du mécanisme d’accès à une occasion, ils ont dû y rester quelques heures. Pendant que vous vous allongez sur le radeau, ses cheveux ont touché l’eau.

«Je me suis réveillé à trois heures du matin avec l’une des démangeaisons les plus désagréables que j’aie jamais eues dans les cheveux. Ça me démangeait plus que lorsque j’avais la varicelle quand j’étais enfant. C’était tellement irritant que je ne pouvais pas dormir. Dr Matthew Malek

Mais attention, il ne faudra pas longtemps pour que le Super-K ait un successeur, puisque Wascko a confirmé qu’il travaillait sur un char encore plus grand, qui par la loi des préfixes s’appellera Hiper-Kamiokande et sera 20 fois plus gros que le Super. -K, avec 99 000 tubes photomultiplicateurs. Date approximative: 2026Nous verrons donc si dans six ans nous assisterons à une autre grande ouverture pour la science et l’ingénierie.

Image | Université de Tokyo.

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