Profondément sous une colline de granit dans le sud de la Chine, un énorme détecteur scrute les secrets de l’univers.
Cet observatoire souterrain futuriste a été construit dans le seul but de détecter les neutrinos – de minuscules particules cosmiques d’une masse incroyablement petite.
À ce jour, personne ne sait ce que sont ces « particules fantômes » ou comment elles fonctionnent.
Mais les scientifiques espèrent que ce laboratoire de 300 millions de dollars pourra répondre à ces questions – des éléments cruciaux pour comprendre les constituants de l’univers.
Les neutrinos remontent au Big Bang, et des milliers de milliards traversent notre corps chaque seconde. Ils sont émis par des étoiles comme le soleil et se produisent lors de collisions atomiques dans des accélérateurs de particules.
Il est impossible de repérer ces minuscules particules directement. Les scientifiques mesurent donc ce qui se passe lorsqu’elles entrent en collision avec d’autres matières, produisant des éclairs de lumière ou des particules chargées.
Les neutrinos interagissent rarement avec d’autres particules. Pour augmenter les chances de détecter une collision, les physiciens doivent donc penser à grande échelle.
C’est là qu’intervient l’observatoire de neutrinos souterrains de Jiangmen.
Le détecteur, construit à Kaiping en Chine, a pris plus de neuf ans à construire. Son emplacement, à 700 mètres sous terre, le protège des rayons cosmiques et des rayonnements qui pourraient perturber sa capacité à détecter les neutrinos.
La structure en forme d’orbe est remplie d’un liquide conçu pour émettre de la lumière lorsque les neutrinos passent. Ces derniers proviendront de deux centrales nucléaires à proximité.
La sphère – une fine bulle d’acrylique – est contenue dans un cylindre protecteur contenant 45 000 tonnes d’eau pure.
Ces neutrinos « heurteront » des protons dans le détecteur, libérant de minuscules flashs de lumière à un rythme d’environ 50 par jour.
Le détecteur est spécialement conçu pour répondre à une question clé concernant un mystère de longue date.
Les neutrinos oscillent entre trois « saveurs » lorsqu’ils se déplacent dans l’espace, et les scientifiques souhaitent les classer de la plus légère à la plus lourde.
« Nous allons connaître la hiérarchie de la masse des neutrinos », a déclaré Wang Yifang, de l’Académie chinoise des sciences. « Et en sachant cela, nous pourrons construire le modèle de physique des particules, pour les neutrinos, pour la cosmologie. »
La détection de ces changements subtils dans des particules déjà insaisissables sera un défi, a déclaré Kate Scholberg, physicienne à l’Université Duke qui n’est pas impliquée dans le projet.
« C’est en fait une entreprise très audacieuse », a-t-elle déclaré.
Les physiciens estiment qu’il faudra environ six ans pour générer les 100 000 « flashs » nécessaires pour que les lectures soient statistiquement significatives.
Deux détecteurs de neutrinos similaires – l’Hyper-Kamiokande japonais et l’expérience de neutrino souterraine profonde basée aux États-Unis – sont en construction.
Ils devraient être opérationnels vers 2027 et 2031, et vérifieront les résultats du détecteur chinois en utilisant différentes approches.
Bien que les neutrinos interagissent à peine avec d’autres particules, ils existent depuis l’aube des temps. L’étude de ces vestiges du Big Bang pourrait indiquer aux scientifiques comment l’univers a évolué et s’est étendu il y a des milliards d’années.
« Ils font partie du tableau d’ensemble », a déclaré le professeur Scholberg.
Une question que les chercheurs espèrent que les neutrinos peuvent aider à résoudre est la raison pour laquelle l’univers est massivement composé de matière alors que son homologue, l’antimatière, a été largement éliminé.
Les scientifiques ne savent pas pourquoi les choses sont si déséquilibrées, mais ils pensent que les neutrinos pourraient avoir contribué à établir les premières règles de la matière.
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