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Le Japon va construire le plus grand détecteur de neutrinos au monde

Intérieur de l'observatoire à neutrinos Super-Kamiokande. Crédits : Kamioka Observatory/ICRR/University of Tokyo

Le Japon devrait bientôt construire le plus grand détecteur de neutrinos de l’histoire, de quoi promettre des découvertes révolutionnaires sur ces particules omniprésentes, mais insaisissables.

Les neutrinos sont des particules élémentaires engendrées par des réactions nucléaires résultant de cataclysmes cosmiques, comme les supernovae. Voyageant à des vitesses proches de la lumière, elles sont partout. En outre, elles sont 100 000 fois plus petites qu’un électron et leur masse est virtuellement nulle. Ces propriétés font que les neutrinos n’interagissent que très rarement avec d’autres particules. C’est pourquoi elles sont insaisissables malgré leur abondance. Par exemple, environ 100 000 milliards de neutrinos traversent votre corps chaque seconde.

Néanmoins, les chercheurs ne baissent pas les bras. Plusieurs installations ont déjà été développées dans le but d’enregistrer les traces de leur passage (lumière Cherenkov) lorsqu’ils traversent l’eau à une vitesse proche de celle de la lumière.

Ces installations se présentent comme de gigantesques cuves remplies d’eau pure bordées de détecteurs de lumière ultra-sensibles appelés photomultiplicateurs. Ils permettent de détecter les faibles éclairs émis lorsqu’un neutrino entre en collision avec un atome contenu dans l’eau.

Crédits : Pixabay

Une nouvelle mégastructure

Pour le moment, les résultats de ces installations sont mitigés. Le Japon, qui possède déjà le Super-Kamiokande (l’un des observatoires de neutrinos les plus importants de la planète), va donc en construire un nouveau encore plus grand. Un comité d’experts vient en effet d’approuver sa construction, le 13 décembre dernier.

Cette structure de 71 mètres de profondeur pour 68 mètres de large s’appellera Hyper-Kamiokande. Elle contiendra 260 000 tonnes d’eau ultra-pure, soit plus de cinq fois la quantité contenue dans le Super-Kamiokande. Ils construiront ce détecteur à l’intérieur d’une gigantesque caverne creusée à l’aide d’explosifs, à côté de la mine de Kamioka, à Hida City.

Sa construction devrait au total coûter 64,9 milliards de yens, soit environ 540 millions d’euros. Le projet nécessitera également un montant supplémentaire de 7,3 milliards de yens pour les mises à niveau de l’accélérateur J-PARC. Situé à environ 300 kilomètres plus au sud, c’est lui qui générera le faisceau de neutrinos.

Comprendre l’asymétrie baryonique

Une fois opérationnel, ce détecteur sera en mesure d’étudier les différences dans les comportements des neutrinos et des antineutrinos (leurs homologues antimatière). Ces données pourraient nous nous aider à comprendre pourquoi l’Univers semble contenir beaucoup plus de matière que d’antimatière (asymétrie baryonique).

On note que deux autres expériences de neutrinos de prochaine génération vont également démarrer dans les années 2020 : la Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) qui commencera à opérer aux États-Unis en 2025 et le Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), en Chine, qui devrait commencer à collecter des données dès 2021.

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