Un projet scientifique ambitieux promet de percer les mystères des neutrinos, ces particules insaisissables qui hantent notre univers. Grâce à la collaboration de scientifiques internationaux, cet exploit technologique pourrait révolutionner notre compréhension de la physique et de l’origine de la matière, rendant la quête encore plus palpitante.
L’objectif est de détecter l’une des singularités les plus intéressantes de l’univers
A 700 mètres de profondeur, sous une colline dans le sud de la Chine, un instrument scientifique colossal est en construction, promettant d’éclairer l’un des plus grands mystères de la physique : la nature des neutrinos, ces particules subatomiques les plus évasives et abondantes de l’univers après les photons. L’Observatoire Souterrain de Neutrinos de Jiangmen (JUNO) est une sphère de 20 000 tonnes de liquide détecteur entourée par 43 000 capteurs de lumière ultrasensibles. Ce projet se compare à des initiatives tout aussi fascinantes comme le canon à lumière, mais avec des ambitions encore plus grandes en dévoilant des secrets enfouis de l’univers.
Il devrait entrer en fonctionnement en 2025, selon la communauté scientifique en charge, comme l’expliquent les auteurs d’un article dans Science Focus; les dates, donc, ne sont pas lointaines et nous pourrons bientôt observer les premières expérimentations.
Les neutrinos, surnommés « particules fantômes » en raison de leur faible interaction avec la matière, sont incroyablement difficiles à détecter. Il est estimé que cent milliards de neutrinos traversent chaque centimètre carré de notre corps chaque seconde, la plupart provenant des réactions nucléaires qui alimentent le Soleil. Pour capturer ces particules insaisissables, les physiciens doivent construire des détecteurs géants comme JUNO, coûtant environ 300 millions de dollars, permettant ainsi d’augmenter les chances que au moins un neutrino interagisse avec la matière. Cela s’avère être un véritable défi, et ainsi, la conception de JUNO vise à capturer ce phénomène de manière originale et avant-gardiste, mais aucune garantie n’existe que cet investissement permettra de détecter les neutrinos.
Un projet international prêt à détecter l’impossible
Bien qu’il soit situé en Chine, il s’agit d’un projet international, réunissant environ 700 scientifiques de 76 institutions dans 18 pays, dirigé par le Dr. Yifang Wang. L’objectif principal est de déterminer la « hiérarchie des masses » des neutrinos, levant ainsi l’un des plus grands mystères de l’univers en révélant comment fonctionne cette particule fantôme. Il existe trois types de neutrinos (électron, muon et tau) et trois états de masse, mais ils ne correspondent pas. Les neutrinos oscillent entre ces types au cours de leur voyage, changeant ainsi d’identité. JUNO mesurera ces oscillations pour déduire si la hiérarchie des masses est « normale » (les masses des neutrinos augmentent parallèlement à celles des électrons, muons et taus) ou « inversée ».
Pour atteindre cet objectif, JUNO détectera des antineutrinos provenant de deux centrales nucléaires situées à 52,5 kilomètres de distance. Le signal recherché est la lumière produite lorsqu’un antineutrino interagit avec un proton dans le liquide détecteur, créant un positron et un neutrino. Ce « double signal », séparé par un bref intervalle de temps, permettra aux scientifiques de différencier les interactions des neutrinos du bruit ambiant. Il est estimé que l’expérience détectera entre 40 et 60 antineutrinos par jour, nécessitant six ans pour obtenir les échantillons nécessaires pour l’étude.
Démystifier la hiérarchie des masses des neutrinos est important en soi, mais cela pourrait également ouvrir la voie à une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard, la théorie qui décrit les particules fondamentales et leurs interactions. Les neutrinos représentent une faille dans ce modèle, car leur masse n’était pas prévue. De plus, on pense que les neutrinos ont joué un rôle crucial dans l’évolution de l’univers et pourraient expliquer pourquoi celui-ci est principalement composé de matière et non d’antimatière. Ainsi, ce « détecteur de fantômes » est fondamental pour comprendre réellement l’un des principaux mystères universels. Mais ce n’est pas tout.
JUNO sera également capable de détecter des « géoneutrinos » issus de la désintégration radioactive d’éléments à l’intérieur de la Terre, fournissant des informations sur la dynamique interne de notre planète. Par ailleurs, il pourra détecter des neutrinos provenant du Soleil et de supernovas, des événements stellaires libérant d’énormes quantités de ces particules, essentiels à la création d’éléments lourds nécessaires à la vie.
Comme on peut s’y attendre, la construction d’une machine si sophistiquée et massive a été un défi de taille qui a mis à l’épreuve les esprits les plus brillants de notre planète, qui ont collaboré pour réaliser ce qui pourrait être l’une des plus grandes avancées scientifiques de ces dernières années. Cela s’inscrit dans une longue liste de constructions qui semblent tirées tout droit de la science-fiction, comme la base la plus avancée de l’Antarctique.