DUNE
Un technicien se tient à l'intérieur d'un des détecteurs protoDUNE pendant sa construction au CERN. L'appareil pourrait-il révéler des dimensions cachées de l'univers ? Crédit : Max Brice/CERN

L’expérience DUNE pourrait révéler les dimensions cachées de l’Univers

Depuis des décennies, l’idée que notre Univers puisse contenir des dimensions cachées intrigue les scientifiques. Ces dimensions invisibles à l’œil nu pourraient en effet jouer un rôle fondamental dans la compréhension de la physique et résoudre des énigmes majeures comme celle de la gravité ou des masses minuscules des particules. Cependant, malgré des efforts considérables, aucune preuve directe de leur existence n’a encore été trouvée. Une nouvelle étude propose donc d’utiliser l’expérience DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) pour sonder ces dimensions cachées. En observant les comportements énigmatiques des neutrinos, des particules presque immatérielles, les chercheurs espèrent en effet lever un coin du voile sur ces réalités invisibles.

Les neutrinos, ces particules fantômes

Parmi les particules élémentaires connues, les neutrinos occupent une place particulière. Invisibles, pratiquement sans masse et interagissant à peine avec la matière, ces particules fantômes traversent notre planète par milliards chaque seconde, sans que nous nous en apercevions. Découvertes en 1956, elles continuent d’alimenter les recherches scientifiques les plus avancées.

Leur capacité à osciller les rend particulièrement fascinants. Cette propriété unique signifie en effet qu’un neutrino peut changer de « saveur » (muonique, électronique ou tauique) en voyageant dans l’espace ou à travers la matière. Ces oscillations, découvertes à la fin des années 1990, ont valu un prix Nobel à leurs découvreurs. Elles révèlent également que les neutrinos ont une masse, bien qu’elle soit des milliards de fois inférieure à celle d’un électron. Ces transformations mystérieuses offrent une opportunité unique d’explorer des phénomènes encore plus exotiques, notamment l’existence de dimensions supplémentaires.

L’expérience DUNE : Une quête ambitieuse sous la surface

L’expérience DUNE, actuellement en construction aux États-Unis, est l’un des projets les plus prometteurs pour étudier les neutrinos. Basée sur un système ingénieux, elle générera des neutrinos grâce à un accélérateur de particules situé au Fermilab, dans l’Illinois. Ces neutrinos parcourront ensuite 1 300 kilomètres sous la croûte terrestre pour être détectés dans un immense détecteur enfoui dans une ancienne mine, dans le Dakota du Sud.

Pourquoi un tel dispositif ? DUNE est conçu pour étudier les oscillations des neutrinos sur une distance inégalée. Lors de leur voyage, les neutrinos muoniques produits dans l’Illinois auront le temps de se transformer en neutrinos électroniques ou tauiques. En mesurant ces changements, les chercheurs espèrent répondre à des questions cruciales : quelle est la hiérarchie des masses des neutrinos ? Pourquoi leurs masses sont-elles si faibles ? Ont-ils joué un rôle dans l’asymétrie entre matière et antimatière après le Big Bang ? Toutefois, l’expérience DUNE pourrait également ouvrir une porte vers l’inconnu en testant l’existence de dimensions supplémentaires.

DUNE
Une autre vue du détecteur protoDUNE lors de sa construction au CERN. Crédit : CERN

Les dimensions cachées : une hypothèse révolutionnaire

Introduite par les physiciens Arkani-Hamed, Dimopoulos et Dvali en 1998, la théorie des grandes dimensions supplémentaires propose une explication audacieuse à certains mystères fondamentaux de la physique. Selon cette théorie, notre Univers observable à trois dimensions serait intégré dans un cadre plus vaste qui comprendrait des dimensions supplémentaires.

Ces dimensions seraient de taille microscopique (environ un millionième de mètre), mais assez grandes pour influencer le comportement des particules subatomiques comme les neutrinos. Cette hypothèse pourrait également expliquer pourquoi la gravité semble si faible par rapport aux autres forces fondamentales. Une partie de la force gravitationnelle pourrait en effet « fuir » dans ces dimensions cachées.

Dans le contexte de DUNE, les oscillations des neutrinos pourraient être légèrement altérées par l’influence de ces dimensions supplémentaires. Ces modifications se manifesteraient par des anomalies subtiles, comme une légère suppression des oscillations attendues ou des variations inhabituelles à des énergies spécifiques.

DUNE, un détecteur des dimensions cachées

Pour tester , les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques sophistiquées pour prédire comment DUNE pourrait détecter des dimensions supplémentaires. En modélisant le comportement des neutrinos sur plusieurs années de fonctionnement, ils ont examiné comment une dimension supplémentaire influencerait les probabilités d’oscillation. Les résultats suggèrent que DUNE serait capable de détecter une dimension supplémentaire si sa taille est d’environ un demi-micron. Cela représenterait alors une avancée majeure dans la physique des particules et ouvrirait la voie à une nouvelle compréhension de l’Univers.

L’expérience devrait commencer à collecter des données d’ici 2030. Après plusieurs années d’analyse, les scientifiques espèrent être en mesure de confirmer ou de réfuter cette hypothèse. Cette quête nécessitera certes des décennies de patience, mais les implications potentielles sont immenses. Découvrir des dimensions supplémentaires pourrait en effet bouleverser notre compréhension des lois fondamentales de la nature.

Brice Louvet

Rédigé par Brice Louvet

Brice est un journaliste passionné de sciences. Ses domaines favoris : l'espace et la paléontologie. Il collabore avec Sciencepost depuis près d'une décennie, partageant avec vous les nouvelles découvertes et les dossiers les plus intéressants.