Les neutrinos sont parmi les créatures les plus abondantes, curieuses et insaisissables en physique des particules. Certains d'entre eux existent depuis le Big Bang et, tout comme vous l'avez lu, des milliers de milliards d'entre eux ont traversé votre corps (et d'autres sont en route.) Mais malgré leur omniprésence, les neutrinos sont notoirement difficiles à étudier précisément parce qu'ils ignorer à peu près tout ce qui est fait d'autre chose. Il n'est donc pas surprenant que peser un neutrino ne soit pas aussi simple que de demander poliment à quelqu'un de monter sur une balance.
Heureusement, les physiciens des particules sont tenaces, y compris ceux du Fermilab du département américain de l'Énergie, et ils n'abandonnent pas leur dernier safari en neutrinos: l'expérience NuMI hors axe Axis Electron Neutrino Appearance, ou NOvA. (Les scientifiques représentent les neutrinos avec la lettre grecque nu, ouv.) C'est une chasse au très petit gibier pour attraper les neutrinos à la volée, et il utilise un très gros équipement pour faire le travail. Et il a déjà capturé ses premiers neutrinos - avant même que leur configuration ne soit complètement terminée.
Créés en brisant des protons contre des cibles en graphite dans les installations du Fermilab juste à l'extérieur de Chicago, en Illinois, les neutrinos résultants sont collectés et projetés dans un faisceau à 500 miles au nord-ouest du détecteur lointain NOvA à Ash River, Minnesota, situé le long de la frontière canadienne. Les toutes premières poutres ont été tirées en septembre 2013, alors que l'installation d'Ash River était encore en construction.
"Le fait que les premiers neutrinos aient été détectés avant même que l'installation du détecteur NOvA lointain soit terminée est un véritable hommage à toutes les personnes impliquées", a déclaré le physicien de l'Université du Minnesota Marvin Marshak, directeur du Ash River Laboratory. "Ce premier résultat suggère que la collaboration NOvA apportera une contribution importante à notre connaissance de ces particules dans un avenir pas si lointain."
Les faisceaux du Fermilab sont tirés à des intervalles de deux secondes, chacun envoyant des milliards de neutrinos directement vers les détecteurs. Le détecteur proche du Fermilab confirme la «saveur» initiale des neutrinos dans le faisceau, et le détecteur lointain beaucoup plus grand détermine ensuite si les neutrinos ont changé au cours de leur voyage interétatique souterrain de trois millisecondes.
Encore une fois, parce que les neutrinos n'interagissent pas facilement avec les particules ordinaires, les faisceaux peuvent facilement voyager directement à travers le sol entre les installations - malgré la courbure de la Terre. En fait, le faisceau, qui commence à 150 pieds (45 mètres) sous le sol près de Chicago, passe finalement à plus de 10 kilomètres de profondeur pendant son voyage.
Selon un communiqué de presse du Fermilab, les neutrinos «se présentent sous trois types, appelés saveurs (électron, muon ou tau), et changent entre eux au cours de leur voyage. Les deux détecteurs de l'expérience NOvA sont placés si loin l'un de l'autre pour donner aux neutrinos le temps d'osciller d'une saveur à l'autre tout en se déplaçant à presque la vitesse de la lumière. Même si seule une fraction du plus grand détecteur de l'expérience, appelé le détecteur lointain, est entièrement construit, rempli de scintillateur et câblé avec de l'électronique à ce stade, l'expérience l'a déjà utilisé pour enregistrer les signaux de ses premiers neutrinos. "
Les blocs de détection de 50 pieds (15 m) de haut sont remplis d'un scintillateur liquide composé à 95% d'huile minérale et à 5% d'hydrocarbure liquide appelé pseudocumène, qui est toxique mais «impératif pour le processus de détection des neutrinos». Le mélange grossit toute lumière qui le frappe, ce qui permet de détecter et de mesurer plus facilement les frappes de neutrinos. (La source)
«NOvA représente une nouvelle génération d'expériences sur les neutrinos», a déclaré le directeur du Fermilab, Nigel Lockyer. «Nous sommes fiers d'avoir franchi cette étape importante sur notre chemin pour en savoir plus sur ces particules fondamentales.»
Une fois achevés cet été, les détecteurs proches et lointains de NOvA pèseront respectivement 300 et 14 000 tonnes.
Le but de l'expérience NOvA est de capturer et de mesurer avec succès les masses des différentes saveurs de neutrinos et également de déterminer si les neutrinos sont leurs propres antiparticules (ils pourraient être les mêmes, car ils manquent de charge spécifique.) En comparant les oscillations (c.-à-d. La saveur changements de faisceaux de neutrinos de muons par rapport aux faisceaux d'antineutrinos de muons tirés du Fermilab, les scientifiques espèrent déterminer leur hiérarchie de masse - et découvrir finalement pourquoi l'Univers contient actuellement beaucoup plus de matière que d'antimatière.
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Une fois l'expérience pleinement opérationnelle, les scientifiques s'attendent à attraper chaque jour quelques précieux neutrinos, soit environ 5 000 au total au cours de ses six années de fonctionnement. Jusque-là, ils ont au moins leurs premiers livres sur les livres.
«Voir les neutrinos dans les premiers modules du détecteur au Minnesota est une étape importante. Maintenant, nous pouvons commencer à faire de la physique. »
- Rick Tesarek, physicien du Fermilab
En savoir plus sur le développement et la construction de l'expérience NoVA ci-dessous:
(Crédit vidéo: Fermilab)
Pour en savoir plus sur les objectifs de recherche de NOvA, cliquez ici.
Source: communiqué de presse du Fermilab
La collaboration NOvA est composée de 208 scientifiques de 38 institutions aux États-Unis, au Brésil, en République tchèque, en Grèce, en Inde, en Russie et au Royaume-Uni. L'expérience reçoit un financement du Département américain de l'énergie, de la National Science Foundation et d'autres agences de financement.
