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Ce nouveau télescope immergé recherche des particules venues de l'espace

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Ce nouveau télescope immergé recherche des particules venues de l'espace
© Alexei Kushnirenko\TASS via Getty Images

Un nouveau télescope installé sous la surface du lac le plus profond du monde s'est lancé à la recherche des particules les plus insaisissables de l'univers. Ces minuscules particules, les neutrinos, n'ont pratiquement aucune masse et aucune charge électrique, ce qui les rend difficiles à observer. La plupart des neutrinos qui existent aujourd'hui se sont formés pendant le Big Bang. Leur étude peut donc permettre de comprendre pourquoi notre univers a l'aspect qu'il a et fournir des indices sur des forces mystérieuses comme la matière noire.

Le lac Baïkal, en Russie, offre aux scientifiques un milieu idéal pour observer les neutrinos, car ces particules émettent une lumière détectable lorsqu'elles traversent l'eau claire. La profondeur du lac peut également protéger le détecteur des radiations et des interférences. Au début du mois, un groupe international de scientifiques a donc lancé le Baïkal-GVD (Gigaton Volume Detector), le plus grand télescope à neutrinos de l'hémisphère nord. Le détecteur est maintenant immergé entre 640 m et 1,3 km sous la surface du lac Baïkal. Il mesure 160 m de large, de long et de haut.

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La chasse aux "particules fantômes"

Les chercheurs à l'origine du Baïkal-GVD, travaillent sur ce projet depuis 2015. Le groupe est originaire de la République tchèque, d'Allemagne, de Pologne, de Russie et de Slovaquie. Selon l'agence de presse russe TASS, le télescope à neutrinos a coûté près de 34 millions de dollars (28,7 millions d'euros environ).

Le site de lancement du nouveau télescope russe Baikal-GVD, à 3 km au large du lac Baïkal.  Alexei Kushnirenko\TASS via Getty Images

Les neutrinos sont les particules les plus abondantes de l'univers : environ 10 000 milliards d'entre eux traversent votre corps chaque seconde, sans que vous en soyez conscient. Mais ils sont notoirement difficiles à détecter car ils ont tendance à traverser la matière sans être absorbés par elle comme le sont les autres particules.

D'où leur surnom de "particules fantômes" : les neutrinos ne sont pas affectés par les champs magnétiques, et leur charge neutre signifie qu'ils n'interagissent avec rien. Ils se déplacent également à la vitesse de la lumière. Mais lorsque les neutrinos traversent l'eau rapidement, ils émettent une énergie connue sous le nom de rayonnement Cherenkov, qui produit de la lumière.

"Si un avion va très vite, plus vite que la vitesse du son, il produira un son — une grande onde de choc — d'une manière que n'aurait pas un objet plus lent. De la même façon, une particule qui traverse l'eau, si elle va plus vite que la vitesse de la lumière dans l'eau, peut également produire une onde de choc lumineuse", a déclaré Yoshi Uchida, physicien à l'Imperial College de Londres, à Insider.

C'est pourquoi les scientifiques ont choisi le lac Baïkal : sa profondeur et ses eaux claires maximisent la capacité à observer ces ondes de choc lumineuses. Une eau pure signifie qu'il y a plus de chances que le rayonnement des neutrinos atteigne les modules du détecteur. Et plus le lac est grand, plus le télescope peut être grand — et plus il peut repérer de neutrinos. Le lac a un peu plus d'1,6 kilomètre de profondeur et environ 80 kilomètres de largeur.

"Le lac Baïkal est le seul lac où l'on peut déployer un télescope à neutrinos en raison de sa profondeur", explique à l'AFP Bair Shoibonov, l'un des scientifiques du projet Baïkal-GVD. "L'eau douce est également importante, la clarté de l'eau aussi. Et le fait qu'il y ait une couverture de glace pendant deux mois, deux mois et demi, est également très important", a-t-il ajouté.

D'autres détecteurs de neutrinos ont été construits sous terre pour empêcher les particules qui ne peuvent pas traverser la matière d'y pénétrer. La profondeur du lac et sa couverture de glace agissent comme une barrière similaire.

Un scientifique russe se prépare à lancer le télescope Baikal-GVD.   Alexei Kushnirenko\TASS via Getty Images

Le GVD ressemble à une pieuvre géante : il est composé de huit faisceaux de huit cordes chacun, et chaque corde est parsemée d'au moins une douzaine de modules de détection de la lumière. Ces bras ondulent sous l'eau, attendant que des neutrinos entrent en collision avec eux. Chaque module en verre ressemble à un globe transparent, comme illustré ci-dessus. Jusqu'à présent, le GVD compte 288 modules.

Chacune des huit cordes de la grappe est fixée au fond du lac par de lourdes ancres.

Les neutrinos pourraient offrir des indices sur l'univers primitif

Les neutrinos pourraient aider les chercheurs à résoudre certaines des plus grandes énigmes concernant les débuts du cosmos, il y a 13,8 milliards d'années.

L'une de ces énigmes est que les modèles scientifiques du Big Bang suggèrent que la matière et son homologue, l'antimatière, auraient dû être produites à parts égales. Ces deux types de matière de charge opposée auraient alors dû se détruire mutuellement au contact, laissant un univers vide.

Ce n'était évidemment pas le cas. Au lieu de cela, quelque chose a fait pencher la balance en faveur de la matière. Il est possible que le même processus ait créé en même temps la cousine "sombre" de la matière, la matière noire. Les scientifiques espèrent donc qu'en étudiant les neutrinos et en remontant jusqu'à leurs origines dans l'espace, ils pourront en apprendre davantage sur ce qui s'est passé pendant les premiers instants critiques de l'univers.

Une partie du télescope Baikal-GVD sous le lac Baïkal en Russie.  Alexei Kushnirenko\TASS via Getty Images

Cependant, tous les neutrinos que ce télescope détectera ne proviendront pas du Big Bang. Certains neutrinos existants se forment lors de réactions nucléaires — dans les centrales nucléaires, les accélérateurs de particules ou les bombes nucléaires — ou dans le soleil et d'autres étoiles lors de leur formation, de leur collision ou de leur mort. L'observation des neutrinos provenant de certaines de ces autres sources cosmiques pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre l'évolution des étoiles et la composition interne du soleil.

Le Baïkal-GVD est environ deux fois plus petit que le plus grand détecteur de neutrinos sur Terre, l'Observatoire de neutrinos IceCube du pôle Sud, en Antarctique. Tous deux utilisent le même type de modules pour détecter les neutrinos.

Mais à l'avenir, les scientifiques du Baïkal-GVD espèrent pouvoir doubler la taille du nouveau télescope en ajoutant d'autres modules.

Version originale : Aylin Woodward/Insider

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