JUNO – À la chasse aux particules fantômes pour résoudre l'énigme des neutrinos
Au cœur du sud de la Chine, à 700 mètres sous terre, une mission scientifique d'une ambition folle vient de démarrer. Son nom, JUNO (Jiangmen Underground Neutrino Observatory). Son instrument, une sphère titanesque de 35 mètres de diamètre. Sa cible, le neutrino, la particule la plus insaisissable de l'univers. Plongeons au cœur de cette expérience qui pourrait changer notre vision du cosmos.
Avant de comprendre la mission de JUNO, il est essentiel de savoir ce qu'est un neutrino. Souvent surnommées “particules fantômes”, les neutrinos sont des particules fondamentales qui possèdent des propriétés uniques. Ils sont extrêmement légers et possèdent une masse, mais elle est infime. Leur charge est neutre, ils n'ont donc pas de charge électrique, ce qui leur permet de ne pas être affectés par les champs électromagnétiques. Ils interagissent très peu avec la matière, au point que des milliards d'entre eux traversent notre corps et la Terre entière chaque seconde sans laisser la moindre trace. Cette nature fuyante rend leur détection incroyablement complexe et nécessite des détecteurs gigantesques comme JUNO pour espérer en capturer quelques-uns.
Le mystère de l'oscillation et de la masse des neutrinos
La physique des particules a été bouleversée lorsque les scientifiques Takaaki Kajita et Arthur Bruce McDonald ont prouvé que les neutrinos pouvaient osciller. Cela signifie qu'ils peuvent se transformer spontanément entre trois types, ou “saveurs”. L’électronique, la muonique et la tauique. Cette découverte, récompensée par le prix Nobel de physique en 2015, a prouvé deux choses fondamentales. Les neutrinos ont une masse et celle-ci est différente pour chaque saveur. Mais une question primordiale demeure: dans quel ordre ? C'est ce que l'on appelle la hiérarchie des masses des neutrinos et c'est le principal mystère que JUNO a pour mission de résoudre.
L'observatoire JUNO – Un piège à neutrinos révolutionnaire
Pour attraper ces fantômes, JUNO est un véritable chef-d'œuvre d'ingénierie. Voici comment il fonctionne:
Le Scintillateur Liquide: La sphère de 35 mètres est remplie de 20 000 tonnes d'un liquide spécial. Lorsqu'un rare neutrino (ou plus précisément un antineutrino provenant de centrales nucléaires voisines) frappe une particule dans ce liquide, il produit un flash de lumière minuscule.
Les Capteurs de Lumière: Des milliers de capteurs ultra-sensibles, appelés tubes photomultiplicateurs, tapissent la paroi interne de la sphère. Ils sont capables de détecter même un photon unique de lumière.
La Conversion du Signal: Ce flash lumineux est instantanément converti en un signal électrique, qui est ensuite analysé par les scientifiques.
Grâce à sa taille et à sa précision sans précédent, JUNO peut non seulement détecter ces interactions, mais aussi mesurer l'énergie de la particule avec une résolution exceptionnelle. Son but numéro un est de déterminer si la hiérarchie des masses des neutrinos est directe (le neutrino tau est le plus lourd) ou inversée (il est plus léger que le muonique). En analysant précisément les antineutrinos émis par deux centrales nucléaires situées à proximité, les chercheurs pourront observer les motifs de leur oscillation et en déduire l'ordre correct des masses. L'équipe scientifique estime qu'il faudra environ six ans de collecte de données pour obtenir une réponse statistiquement fiable. Cette découverte serait une avancée majeure pour la physique fondamentale et notre compréhension de l'univers.
Au-delà de la masse – Vers le secret de l'antimatière
La mission de JUNO ne s'arrête pas là. À plus long terme, ses données pourraient aider à percer une énigme encore plus profonde, l'existence du neutrino de Majorana, une particule théorique qui serait sa propre antiparticule. Si les neutrinos sont bien des particules de Majorana, cela pourrait expliquer l'asymétrie matière-antimatière, l'un des plus grands mystères de la cosmologie. Pourquoi notre univers est-il fait de matière alors que le Big Bang aurait dû en créer des quantités égales avec l'antimatière ? La réponse se cache peut-être dans les propriétés fondamentales du neutrino. JUNO est donc une fenêtre ouverte sur les lois les plus fondamentales de la nature. La chasse aux particules fantômes ne fait que commencer et les secrets qu'elle révélera pourraient bien redéfinir notre place dans l'univers.
