Physique

Les neutrinos, toujours plus mégalos

La course est lancée, avec la participation du CERN, en vue de construire une installation d’au moins 1000 km de long pour étudier ces particules fantômes. Le neutrino peut être considéré comme une «machine à remonter le temps», tant il permettra peut-être de percer les ultimes secrets de l’Univers primordial

Les neutrinos, toujours plus mégalos

Physique La course est lancée, avec la participation du CERN, pour construire une installation d’au moins 1000 km de long pour étudier ces particules fantômes

Le neutrino peut être vu comme une «machine à remonter le temps», tant il permettrait de percer les secrets de l’Univers primordial

Les physiciens, pour leurs expériences, aiment voir grand. Après les télescopes aux miroirs gigantesques ou les accélérateurs de particules aux énergies toujours plus élevées, voilà que les scientifiques rêvent d’installations de plus de… 1000, voire 2000 kilomètres de long.

A Paris, les 23 et 24 juin, lors d’une réunion entre spécialistes, les premiers jalons vers ces nouveaux sommets ont été posés. «Une étape a été accomplie, estime Stavros Katsanevas, président du Consortium européen pour la physique des astroparticules, à l’initiative de cette réunion des grandes agences de recherche du Japon, des Etats-Unis et d’Europe. C’était au-delà de mes attentes.» En ces temps de contraintes économiques, «l’heure est à la «coopétition», explique Sergio Bertolucci, directeur de la recherche et de l’informatique du CERN, en utilisant ce mot-valise, mélange de «compétition» et de «coopération».

«Comme dans une échappée en cyclisme, chacun veut gagner mais le groupe est utile à tous», décrit James Siegrist, directeur adjoint au Bureau de la science du Ministère de l’énergie des Etats-Unis.

Le but de cette course est de percer les ultimes secrets de l’Univers primordial grâce à des particules omniprésentes autour de nous mais toujours mystérieuses, les neutrinos. Ils sont l’un des constituants élémentaires de la matière, à côté des électrons ou des quarks, qui constituent les protons. Ils proviennent aussi bien du Soleil ou des explosions d’étoiles que des centrales nucléaires ou des collisions de matière. La masse des neutrinos est minuscule, au point qu’elle fut longtemps considérée comme nulle, et leur faible propension à interagir avec la matière les rend difficiles à détecter.

Le neutrino est surtout une «machine à remonter le temps», comme l’explique Sergio Bertolucci pour décrire cet insaisissable et son rôle dans les premiers instants de l’Univers, il y a 13,6 milliards d’années. Pourrait-il expliquer, par exemple, la disparition de l’antimatière – sœur jumelle de la matière –, pourtant produite en quantité égale au moment du Big Bang? Quel rôle les neutrinos jouent-ils dans l’expansion primordiale de l’Univers?

Seules des expériences ambitieuses et hors norme peuvent répondre à de tels enjeux. «Une priorité mondiale», ont affirmé les participants de la réunion de Paris.

Le principe est de produire des flux de neutrinos. Puis d’observer à des centaines de kilomètres de distance ce qu’ils deviennent. Les physiciens savent déjà, grâce à des expériences précédentes, qu’ils se transforment, passant d’une famille de neutrinos à une autre (les neutrinos existent en trois «familles»).

Ils veulent maintenant étudier si cette métamorphose est exactement la même pour un neutrino que pour son antiparticule, l’antineutrino. Cette différence étant infime, il faut l’«amplifier» en laissant encore plus de temps à ces particules pour se modifier. D’où les distances envisagées de plus de 1000 kilomètres, quand jusqu’à présent le «record» était d’environ 700 kilomètres sur Terre; des neutrinos sont en effet régulièrement lancés depuis le CERN, à Genève, vers le laboratoire du Gran Sasso, dans le massif des Apennins, en Italie centrale. D’où aussi la compétition entre équipes.

Les Etats-Unis plaident pour 1300 kilomètres. Les Européens pour 2300. Les Japonais pour moins de 300, mais avec un faisceau différent. D’où aussi des détecteurs géants d’environ 20 000 tonnes d’argon liquide pour l’Europe et les Etats-Unis ou d’un million de tonnes d’eau pour le Japon (l’équivalent d’environ 300 piscines olympiques).

Le CERN a décidé la construction d’un prototype vingt fois plus petit que le détecteur idéal. Le Japon a commencé des travaux d’amélioration des faisceaux de neutrinos. Les Etats-Unis envisagent de transformer leur laboratoire phare du Fermilab en usine à neutrinos pour accueillir la future grande expérience, qui pourrait être dirigée par un Européen. Tout ce beau monde est invité à faire des propositions de collaboration lors d’une prochaine réunion en janvier 2015 pour esquisser les plans du futur géant, prévu pour avant 2030.

En ces tempsde contraintes économiques,«l’heure est à la «coopétition»

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