Les neutrinos sont peut-être les particules les plus sous-estimées connues de l'humanité. Le physicien, le type intelligent et l'aleck intelligent Wolfgang Pauli ont d'abord proposé leur existence en 1930 comme une pièce manquante du puzzle - certaines réactions nucléaires avaient plus de sensations que de sorties. Pauli a estimé que quelque chose de minuscule et d'invisible devait être impliqué - d'où le neutrino, qui est une sorte d'italien pour «petit neutre».
Au cours des décennies qui se sont écoulées depuis cette proposition initiale, nous avons appris à connaître et à aimer - mais pas à comprendre pleinement - ces petits gars neutres. Ils ont un peu de masse, mais nous ne savons pas combien. Et ils peuvent se transformer d'un type de neutrino (appelé «saveur», car pourquoi pas?) En un autre, mais nous ne savons pas comment.
Chaque fois que les physiciens ne comprennent pas quelque chose, ils sont vraiment excités, car, par définition, la réponse à l'énigme doit se situer en dehors de la physique connue. Ainsi, le mystère de la masse et du mélange des neutrinos peut nous donner des indices sur des mystères tels que les premiers moments du Big Bang.
Un petit problème: la petitesse. Les neutrinos sont minuscules et ne parlent presque jamais à la matière normale. Des trillions sur des trillions traversent votre corps en ce moment. Les remarquez-vous? Non, non. Pour vraiment creuser dans les propriétés des neutrinos, nous devons aller grand, et trois nouvelles expériences de neutrinos seront bientôt en ligne pour nous donner une idée des choses. Nous esperons.
Explorons:
DUNE
Vous avez peut-être entendu l'excitation d'un remake du roman de science-fiction classique "Dune". Ce n'est pas ça. Au lieu de cela, cette DUNE signifie «Deep Underground Neutrino Experiment», qui se compose de deux parties. La première partie se déroulera au Fermilab, dans l'Illinois, et comprendra un pistolet à neutrinos géant de style maléfique qui accélérera les protons à une vitesse proche de la lumière, les écrasera et tirera des milliards de neutrinos par seconde hors du marché.
De là, les neutrinos voyageront en ligne droite (car c'est tout ce qu'ils savent faire) jusqu'à ce qu'ils atteignent la deuxième partie, à environ 800 miles (1300 kilomètres) de distance au Sanford Underground Research Facility dans le Dakota du Sud. Pourquoi sous terre? Parce que les neutrinos se déplacent en ligne droite (encore une fois, pas le choix) mais que la Terre est courbée, le détecteur doit donc rester à environ 1,6 km sous la surface. Et ce détecteur représente environ 40 000 tonnes (36 000 tonnes métriques) d'argon liquide.
Hyper-Kamiokande
Le prédécesseur de la future Hyper-Kamiokande ("Hyper-K" si vous voulez être cool dans les soirées de physique) était la bien nommée Super-Kamiokande ("Super-K" pour les mêmes raisons), située près de Hida. , Japon. C'est une configuration assez simple pour les deux instruments: un réservoir géant d'eau ultra pure entouré de tubes photomultiplicateurs, qui amplifient des signaux lumineux très faibles.
De temps en temps, un neutrino frappe une molécule d'eau, provoquant la fuite d'un électron ou d'un positron (le partenaire antimatière de l'électron) plus rapidement que la vitesse de la lumière dans l'eau. Cela provoque un flash de lumière bleuâtre appelé rayonnement Cherenkov, et cette lumière est captée par les tubes photomultiplicateurs. Étudiez le flash, comprenez le neutrino.
Super-K est entré dans la super-histoire en 1998 lorsqu'il a fourni la première preuve solide que les neutrinos changent de saveur lorsqu'ils volent, sur la base des observations des neutrinos produits dans les profondeurs infernales du cœur du soleil. La découverte a décroché le physicien Takaaki Kajita un prix Nobel et Super-K une tape affectueuse sur le tube photomultiplicateur.
Hyper-K est comme Super-K mais plus grand. Avec une capacité de 264 millions de gallons (1 milliard de litres) d'eau, il a 20 fois le volume de collecte de Super-K, ce qui signifie qu'il peut potentiellement collecter 20 fois le nombre de neutrinos dans le même temps. Hyper-K recherchera les neutrinos produits par des réactions naturelles et organiques, comme la fusion et les supernovas, à travers l'univers, à partir d'environ 2025. Qui sait? Cela pourrait aussi donner à quelqu'un un prix Nobel.
PINGU
Je ne sais pas exactement pourquoi les physiciens choisissent les acronymes qu'ils font pour des expériences scientifiques géantes. Dans ce cas, Pingu est le nom d'un pingouin animé européen qui a diverses mésaventures et apprend d'importantes leçons de vie sur le continent sud. Il signifie également «Precision IceCube Next Generation Upgrade» (PINGU).
La partie IceCube de cet acronyme fait référence à la plus grande et la plus mauvaise expérience de neutrinos au monde. Basée au pôle Sud, l'expérience consiste en des chaînes de détecteurs enfoncés profondément dans la calotte polaire qui utiliseront la clarté cristalline de cette glace pour faire la même chose que Super- et Hyper-K au Japon: détecter le rayonnement Cherenkov produite par les neutrinos qui zinguent à travers la glace. L'expérience n'a vraiment commencé qu'il y a quelques années, mais déjà les scientifiques qui la dirigent ont hâte de faire une mise à niveau.
Voici pourquoi. IceCube est peut-être gros, mais cela ne signifie pas qu'il est le meilleur en tout. Il a un angle mort: en raison de sa taille énorme (un kilomètre cube entier de glace), il a du mal à voir les neutrinos de faible énergie; ils ne font tout simplement pas assez de bruit et de pétillement pour être vus par les détecteurs IceCube.
Entrez PINGU: un tas de détecteurs supplémentaires, disposés près du centre d'IceCube, spécialement conçus pour capturer les neutrinos de faible énergie qui frappent la Terre.
Quand il (espérons-le) sera mis en ligne, PINGU rejoindra l'armée d'instruments et de détecteurs du monde entier qui tentent d'attraper autant de ces petits fantômes presque fantômes que possible et de révéler leurs secrets.
