Le plus grand détecteur de neutrinos sera au fond de l’océan

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Crédits : Pexels/Pixabay

Des chercheurs chinois construisent le plus grand détecteur de neutrinos (aussi appelés « particules fantômes ») au monde, à 3 500 mètres sous la surface de l’océan. Une fois terminé, il recherchera de rares éclairs de lumière émis par des particules insaisissables lorsqu’elles deviennent brièvement tangibles dans les profondeurs.

Des particules insaisissables

Les neutrinos sont des particules subatomiques très légères et neutres électriquement qui font partie des constituants fondamentaux de l’Univers. Ils appartiennent à la famille des leptons, tout comme les électrons et les muons, bien qu’ils soient beaucoup plus légers que ces derniers.

Produites dans divers processus astrophysiques, notamment dans le Soleil, lors de réactions nucléaires qui génèrent de l’énergie stellaire, et dans les supernovae, ces particules n’interagissent que très faiblement avec la matière ordinaire. Cela signifie qu’elles peuvent traverser la matière, y compris la Terre, avec peu ou pas d’interaction, ce qui rend leur détection extrêmement difficile. Pour vous donner une petite idée du phénomène, notez qu’environ 100 milliards de neutrinos traversent chaque centimètre carré de votre corps à chaque seconde.

Pour tenter de les capter malgré tout, les scientifiques développent des détecteurs spéciaux qui utilisent souvent d’énormes réservoirs d’eau ou de liquide lourd. Et pour cause, si les neutrinos traversent sans entrave avec la plupart des matières, y compris la totalité de notre planète, ils interagissent parfois avec les molécules d’eau. Un neutrino qui interagit avec ces molécules peut alors provoquer la libération de photons de lumière (scintillation) ou d’électrons de recul. En mesurant la lumière ou les électrons produits, les scientifiques peuvent déterminer la direction et l’énergie du neutrino.

Un énorme détecteur de neutrinos dans les profondeurs océaniques

Le télescope tropical à neutrinos des profondeurs marines (TRIDENT), appelé Hai ling en chinois, sera ancré au fond marin de l’océan Pacifique occidental. Une fois terminé en 2030, il recherchera ces rares éclairs de lumière émis par des neutrinos. En étudiant les schémas créés par ces éclairs, les scientifiques pourront ainsi déterminer leur énergie et potentiellement remonter jusqu’à leur source.

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TRIDENT, le nouveau détecteur de neutrinos chinois, flotte ici dans une piscine. Crédits : Université Jiao Tong de Shanghai

L’observatoire TRIDENT sera situé à environ 3 500 mètres de profondeur (plus il y a d’eau, plus les chances d’interactions sont élevées) et proche de l’équateur de manière à pouvoir capter des neutrinos venant de toutes les directions avec la rotation de la Terre. Cette configuration permettra ainsi une observation de tout le ciel sans aucun angle mort.

Le détecteur sera composé de plus de 24 000 capteurs optiques répartis sur 1 211 cordes, chacune mesurant 700 m de long, qui s’élèveront depuis leur point d’ancrage sur le fond marin. Ce motif de « carrelage Penrose » s’étendra sur un diamètre d’environ quatre kilomètres. Dès sa mise en service, il sera considéré comme le plus grand détecteur de neutrinos au monde devant l’installation IceCube, située en Antarctique.

Les détails de ce projet sont rapportés dans la revue Nature Astronomy.