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Les neutrinos sont déjà un peu moins insaisissables: le Super-Kamiokande japonais dispose d’une nouvelle arme pour les « capturer », le gadolinium

Les neutrinos sont déjà un peu moins insaisissables: le Super-Kamiokande japonais dispose d'une nouvelle arme pour les "capturer", le gadolinium

Les neutrinos sont les particules les plus insaisissables de la nature. Ils ont été décrits pour la première fois d’un point de vue théorique dans les années 1930 par Wolfgang Pauli, l’un des pères de la physique quantique (on lui doit, entre autres contributions, celui connu sous le nom de principe d’exclusion). Cependant, sa découverte expérimentale est survenue deux décennies et demie plus tard, au milieu des années 1950.

Il y a une raison impérieuse pour laquelle ces particules sont si difficiles à détecter: interagissent à peine avec la matière ordinaire. De plus, leur masse est très petite, leur charge électrique est neutre et ils ne sont pas influencés par une forte interaction nucléaire ou une force électromagnétique, bien qu’ils soient influencés par la gravité et une faible interaction nucléaire. Il ne fait aucun doute que ce sont des particules très spéciales.

Il faudrait fabriquer une plaque de plomb d’une épaisseur d’une année-lumière pour faire entrer en collision la moitié des neutrinos qui la traversent

Les scientifiques illustrent souvent à quel point il est difficile de capturer un neutrino en expliquant que chaque seconde, plusieurs billions de ces particules traversent à la fois la Terre et nous. sans heurter sans autres particules (bien que, comme nous le verrons plus tard, en réalité quelques-unes entrent en collision).

Vous pouvez également illustrer à quel point ils sont insaisissables en recourant à la mécanique quantique, ce qui garantit qu’il serait nécessaire de faire une feuille de plomb avec une épaisseur d’une année-lumière (9,46 × 1012 km) pour atteindre la moitié des neutrinos qui le traversent entrent en collision avec les particules du bloc de plomb. Cependant, malgré leur insaisissabilité, nous disposons de plusieurs observatoires capables de les détecter. L’un d’eux est la vraie star de cet article.

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Le Super-Kamiokande a un truc inattendu: le gadolinium

Super-K, qui est la façon dont le Super-Kamiokande japonais est généralement connu, est une vraie taupe. Cet observatoire est situé à Hida, une ville située dans la zone centrale de Honshu, la plus grande île de l’archipel japonais. Il est construit dans une mine 1 km de profondeur, et mesure 40 mètres de haut et encore 40 mètres de large, ce qui lui donne un volume similaire à celui d’un immeuble de quinze étages (si vous voulez le connaître plus en détail, je vous suggère de jeter un œil à l’article de fond que nous lui consacrons exclusivement) .

À l’intérieur, vous n’accumulez rien de moins que 50000 tonnes d’eau d’une extrême pureté entourés de 11000 tubes photomultiplicateurs, qui, sans entrer dans les détails complexes, sont les capteurs qui permettent de « voir » les neutrinos (nous expliquons en détail le fonctionnement de ce travail d’ingénierie dans l’article que j’ai lié dans le paragraphe précédent). Ce que nous pouvons vraiment observer, c’est le rayonnement Tchérenkov que les neutrinos génèrent lorsqu’ils traversent l’eau.

La chose curieuse, et c’est la vraie nouveauté, c’est que les scientifiques travaillant à l’intérieur de Super-K ont découvert qu’en utilisant une eau légèrement moins pure, ils peuvent observer des neutrinos qui ont parcouru une plus grande distance, et que, par conséquent, proviennent de supernovae plus anciennes. L ‘«impureté» qu’ils ont ajoutée à l’eau est le gadolinium, un élément chimique qui appartient au groupe des terres rares, et qui, s’il est incorporé dans la bonne proportion, augmente considérablement la sensibilité du détecteur.

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Il y a quelques jours à peine, en juillet dernier, des chercheurs travaillant à Super-K ont ajouté de l’eau très pure de l’observatoire 13 tonnes d’un composé de gadolinium, donc la concentration totale de cet élément est de 0,01%. Juste assez, selon ces techniciens, pour amplifier le signal des neutrinos les plus faibles et pouvoir les observer.

Pourquoi tant d’efforts? Pourquoi tant d’efforts pour étudier une particule aussi insaisissable? Tout simplement parce que les neutrinos sont un outil essentiel qui peut nous fournir beaucoup d’informations sur les supernovae, qui sont ces explosions violentes qui se produisent dans ces étoiles qui sont incapables de résister à la pression de dégénérescence des électrons, entre autres. origines possibles. Et cette connaissance est vitale pour mieux comprendre quelle est la structure de l’univers. Ce n’est pas facile de surmonter cet objectif, n’est-ce pas?

Image de couverture | Université de Tokyo
Via | Université de Tokyo

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