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Ces nouveaux détecteurs de neutrinos géants couvriront trois états


Dune, la Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) vient d'inaugurer la nouvelle installation qui ouvrira bientôt les secrets de l'illusoire particule neutrino.

le 1 milliard de dollars américains Le projet est actuellement mis à niveau avec de nouveaux détecteurs à des centaines de kilomètres de l'installation principale de Chicago. Près de 1300 km sous le laboratoire, les chercheurs installent de nouveaux détecteurs à plus de 1,5 kilomètre sous la surface de la Terre.

Des particules subatomiques seront tirées de Chicago au laboratoire de Sanford à travers le manteau terrestre où les détecteurs massifs détecteront les particules à des centaines de kilomètres.

Expérience et installations DUNE [Source de l'image:DUNE]

Pourquoi les neutrinos?

Les neutrinos sont des particules subatomiques avec de nombreuses similitudes avec l'électron, seuls les neutrinos ne transportent aucune charge et sont incroyablement légers. Les particules sont parmi les plus abondantes de l'univers, mais elles interagissent rarement avec la matière. Selon Scientific American, "Un neutrino de faible énergie traversera de nombreuses années-lumière de matière normale avant d'interagir avec quoi que ce soit."

Le premier neutrino observé dans une chambre à bulles d'hydrogène, 1970. Les neutrinos, invisibles sur l'image, créent les lignes sombres vues sur l'image. [Source de l'image: Laboratoire national d'Argonne / Wikimedia Commons]

La détection des particules est un défi extrêmement difficile. Cependant, des découvertes récentes sur les neutrinos aident les scientifiques à mieux comprendre les propriétés fondamentales de la matière, de l'énergie, de l'espace et du temps.

«Ils pourraient également dévoiler de nouveaux processus physiques exotiques qui ont jusqu'à présent été hors de notre portée», explique DUNE.

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont lentement et minutieusement découvert les états - ou saveurs - des neutrinos. Les recherches actuelles indiquent trois saveurs qui ont la capacité de se transformer d'une saveur à une autre.

«Ces résultats indiquent que chaque état de saveur de neutrino est un mélange de trois états de masse différents différents de zéro et offrent à ce jour les preuves les plus convaincantes de la physique au-delà du modèle standard. Dans une seule expérience, DUNE permettra une large exploration des trois saveurs. modèle de physique des neutrinos avec des détails sans précédent », décrit DUNE sur leur site Web en ligne.

Les nouveaux détecteurs en cours d'installation ci-dessous donneront un rare aperçu des propriétés créées lors de la naissance d'une étoile à neutrons. En outre, à l'avenir, le projet pourrait également aider les scientifiques à assister à la naissance d'un trou noir.

Les détecteurs de particules peuvent détecter les neutrinos émis par la supernova, dans ce cas, à partir de la supernova SN1987A. [Source de l'image:DUNE]

Les scientifiques espèrent qu'en dévoilant les secrets du neutrino, ils pourront en déduire comment la matière s'est formée aux premiers jours de l'univers. Ensuite, la recherche peut être utilisée pour créer de nouveaux processus physiques exotiques qui ont jusqu'ici échappé à la communauté scientifique dans son ensemble.

Peut-être, plus radicalement encore, les chercheurs espèrent-ils que les nouvelles découvertes aideront à unifier et à décrire toutes les forces connues sous une seule équation. La recherche.

Comment DUNE détectera les neutrinos

Comme décrit précédemment, les neutrinos ont la capacité impeccable de voyager à travers la matière dense, telle que le manteau terrestre, sans interagir avec aucun atome. En passant, ils ne laissent aucune trace. L'observation ne serait-ce qu'une seule interaction nécessite un détecteur massif qui doit fonctionner pendant de nombreuses années.

Le détecteur éloigné DUNE

Contrairement à la plupart des détecteurs qui utilisent de l'eau lourde, le détecteur Dune Far utilisera une "chambre à projection temporelle à argon liquide (LArTPC) de pointe pour le détecteur de neutrinos massifs prévu sur le site de Sanford Lab", selon DUNE.

Le détecteur Dune Far est actuellement installé à 1 475 mètres sous terre à l'installation de recherche souterraine de Sanford à Lead, dans le Dakota du Sud. [Source de l'image:DUNE]

Quatre détecteurs cryostatiques situés à Dune Far contiendront un total combiné de 70 000 tonnes d'argon liquide qui servira de cible aux neutrinos émis à plus de 1000 kilomètres. Pour maintenir l'argon à l'état liquide, une unité de refroidissement centrale maintient le liquide au point de congélation -184 degrés Celsius

Quatre détecteurs cryogéniques contenant chacun 17 000 tonnes d'argon agissent comme la cible des neutrinos. Une unité de refroidissement centrale maintient l'argon à 184 degrés Celsius en dessous de zéro. [Source de l'image:DUNE]

À l'intérieur du détecteur se trouvent des plans de fil qui mesurent indirectement le nombre et les niveaux d'énergie de chaque collision qui a lieu. Les détecteurs envoient les signaux à un système qui interprète les données, cartographiant avec précision la trajectoire d'une interaction neutrino individuelle.

Les avions de fil détectent indirectement les interactions des neutrinos avec l'argon. [Source de l'image:DUNE]

Lorsqu'un neutrino interagit avec l'argon dans le détecteur, des particules de muon et de proton sont éjectées. Ensuite, les particules éjectées chassent les électrons de l'argon liquide. La charge peut alors être détectée par les plans de fil. L'interaction laisse derrière elle des traces de particules qu'un système informatique sophistiqué compile en une image visuelle avec l'entrée des données collectées.

Trace de particules créée après l'interaction d'un neutrino avec l'argon liquide. [Source de l'image:DUNE]

La vidéo ci-dessous montre ce qui se passe lorsqu'un neutrino interagit avec l'argon.

Protéger les détecteurs des rayons cosmiques

Enterrer les détecteurs sur un kilomètre sous terre semble exagéré, bien qu'il soit entièrement nécessaire de protéger les détecteurs des rayons cosmiques. Les rayons cosmiques provenant de l'espace extra-atmosphérique bombardent continuellement la haute atmosphère avec des particules à haute énergie - généralement des protons. Chaque interaction libère une pluie de particules qui descendent vers la Terre.

Les détecteurs sont ultra sensibles et les particules à haute énergie transportent suffisamment d'énergie pour perturber ou endommager les détecteurs. Les particules se déversent si souvent que DUNE prédit que "les muons des rayons cosmiques traversent votre main à une vitesse supérieure à un par seconde".

La physique des neutrons en est encore à ses balbutiements, mais de nombreux autres détecteurs sont continuellement construits dans le monde. Bien que les particules insaisissables restent encore un grand mystère, les scientifiques espèrent qu'avec les nouveaux ajouts de détecteurs DUNE et d'autres expériences, les scientifiques seront en mesure de reconstituer le fonctionnement interne des particules et de l'univers tel que nous le connaissons.

ViaDUNE

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Écrit par Maverick Baker


Voir la vidéo: Comprendre les Neutrinos (Mai 2021).