Une découverte de grande envergure en physique des particules, si elle se confirme
Loterie cosmique : Bien qu’ils soient électriquement neutres et qu’ils possèdent la plus petite masse au repos parmi les particules élémentaires (à l’exclusion des photons sans masse), les neutrinos comptent parmi les particules les plus abondantes dans l’univers. Détecter les interactions des neutrinos avec la matière traditionnelle est extrêmement difficile, et identifier un neutrino de très haute énergie revient à gagner à la loterie.
Un observatoire sous-marin connu sous le nom d'Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss (ARCA) a enregistré des interactions subatomiques sans précédent, résultant peut-être d'un neutrino de très haute énergie descendant du ciel. Le physicien des neutrinos João Coelho a annoncé cette découverte potentielle lors de la conférence Neutrino 2024 qui s'est tenue à Milan, en Italie, déclarant qu'il détaillerait les résultats dans un prochain article.
ARCA est constitué de plusieurs sphères en plexiglas, chacune d'environ un demi-mètre de large, attachées à des fils fixés au fond de la mer Méditerranée au sud-est de l'île italienne de Sicile. L'observatoire, toujours en cours d'assemblage à 3 500 mètres sous le niveau de la mer, fait partie du vaste réseau de télescopes et de détecteurs KM3NeT, conçus comme la prochaine génération de télescopes à neutrinos.
Les sphères d'ARCA sont conçues pour détecter les rayonnements lumineux pouvant atteindre les fonds marins, notamment les rayons cosmiques à haute énergie et les particules sans masse comme les neutrinos. Les neutrinos ne peuvent pas être observés directement, mais leur présence peut être déduite lorsqu'un neutrino frappe un atome d'eau, d'air ou de roche. Lorsque cette interaction se produit, la cascade de particules subatomiques qui en résulte est détectée par les instruments d'ARCA.
L'existence de neutrinos ultra-énergétiques est connue depuis quelques années maintenant et serait le résultat de certains des événements les plus violents de l'univers, comme la croissance de trous noirs supermassifs ou de restes de supernova. Ces neutrinos peuvent transporter un demi-pétaélectronvolt (PeV) ou plus d'énergie, tandis que le neutrino potentiel de haute énergie annoncé par Coelho pourrait avoir un niveau d'énergie de plusieurs dizaines de pétaélectronvolts.
Si elle est confirmée, Francis Halzen, physicien à l'Université du Wisconsin-Madison, a déclaré que cette découverte serait un « événement fantastique » pour les chercheurs en physique des particules. Coelho a décrit la détection d'ARCA – qui collecte des données depuis le milieu des années 2010 bien qu'elle soit encore incomplète – comme un phénomène « très éloigné » de tout ce qui a jamais été enregistré sur les neutrinos.
Les neutrinos sont parmi les particules les plus insaisissables de l'univers et les moins étudiées du modèle standard. De nombreux efforts sont en cours pour découvrir leurs secrets. Le CERN utilise le Grand collisionneur de hadrons pour des expériences liées aux neutrinos, tandis que d'autres observatoires conçus pour détecter les neutrinos de la plus haute énergie sont en construction ou ont été proposés par des chercheurs du monde entier.