Les origines des neutrinos de haute énergie ont été retracées pour la toute première fois, résolvant un important mystère astronomique
Pour comprendre et en savoir plus énergie ou de la matière, l'étude des mystérieuses particules subatomiques est cruciale. Les physiciens examinent les particules subatomiques - neutrinos – pour mieux comprendre les différents événements et processus dont ils sont issus. Nous connaissons les étoiles et particulièrement le soleil en étudiant les neutrinos. Il y a tellement plus à apprendre sur l'univers et comprendre comment fonctionnent les neutrinos est l'étape la plus importante pour tout scientifique intéressé par la physique et l'astronomie.
Que sont les neutrinos ?
Les neutrinos sont des particules vaporeuses (et très volatiles) avec presque aucune masse, aucune charge électrique et ils peuvent traverser n'importe quel type de matière sans aucune altération en eux-mêmes. Les neutrinos peuvent y parvenir en résistant à des conditions extrêmes et à des environnements denses comme les étoiles, les planètes et les galaxies. Une caractéristique importante des neutrinos est qu'ils n'interagissent jamais avec la matière dans leur environnement, ce qui les rend très difficiles à analyser. En outre, ils existent en trois "saveurs" - électron, tau et muon et ils basculent entre ces saveurs lorsqu'ils oscillent. C'est ce qu'on appelle le phénomène de « mélange » et c'est le domaine d'étude le plus étrange lorsqu'on mène des expériences sur les neutrinos. La caractéristique la plus forte des neutrinos est qu'ils transportent des informations uniques sur leur origine. Ceci est principalement dû au fait que les neutrinos sont bien que très énergétiques, ils ne possèdent aucune charge et restent donc insensibles aux champs magnétiques de toute puissance. L'origine des neutrinos n'est pas complètement connue. La plupart d'entre eux proviennent du soleil, mais un petit nombre, en particulier ceux ayant des énergies élevées, proviennent de régions plus profondes de l'espace. C'est la raison pour laquelle l'origine exacte de ces vagabonds insaisissables était encore inconnue et on les appelle « particules fantômes ».
Origine du neutrino de haute énergie tracée
Dans des études jumelles révolutionnaires en astronomie publiées dans Les sciences, des chercheurs ont pour la première fois retracé l'origine d'un neutrino de particule subatomique fantomatique qui a été trouvé au fond de la glace en Antarctique après avoir voyagé 3.7 milliards d'années jusqu'à la planète Terre1,2. Ce travail est réalisé grâce à une collaboration de plus de 300 scientifiques et 49 institutions. Des neutrinos de haute énergie ont été détectés par le plus grand détecteur IceCube jamais installé au pôle Sud par l'Observatoire de neutrinos IceCube profondément dans les couches de glace. Pour atteindre leur objectif, 86 trous ont été forés dans la glace, chacun d'une profondeur d'un kilomètre et demi, et répartis sur un réseau de plus de 5000 capteurs de lumière couvrant ainsi une superficie totale de 1 kilomètre cube. Le détecteur IceCube, géré par la US National Science Foundation, est un détecteur géant composé de 86 câbles qui sont placés dans des trous de forage s'étendant jusqu'à la glace profonde. Les détecteurs enregistrent la lumière bleue spéciale qui est émise lorsqu'un neutrino interagit avec un noyau atomique. De nombreux neutrinos de haute énergie ont été détectés, mais ils étaient introuvables jusqu'à ce qu'un neutrino d'une énergie de 300 50 milliards d'électrons-volts soit détecté avec succès sous une calotte glaciaire. Cette énergie est presque XNUMX fois plus grande que l'énergie des protons qui traversent le Grand collisionneur Hardon, qui est l'accélérateur de particules le plus puissant de cette planète. Une fois cette détection effectuée, un système temps réel a méthodiquement collecté et compilé des données, pour l'ensemble du spectre électromagnétique, en provenance de laboratoires sur Terre et dans l'espace sur l'origine de ce neutrino.
Le neutrino a été retracé avec succès jusqu'à une galaxie lumineuse connue sous le nom de « blazer ». Blazer est une gigantesque galaxie elliptique active avec deux jets qui émettent des neutrinos et des rayons gamma. Il a un trou noir supermassif distinctif et tournant rapidement en son centre et la galaxie se déplace vers la Terre à la vitesse de la lumière. L'un des jets du blazer est d'un caractère éclatant et il pointe directement vers la terre donnant son nom à cette galaxie. La galaxie blazer est située à gauche de la constellation d'Orion et cette distance est d'environ 4 milliards d'années-lumière de la Terre. Les neutrinos et les rayons gamma ont été détectés par l'observatoire ainsi qu'un total de 20 télescopes sur Terre et dans l'espace. Cette première étude1 a montré la détection de neutrinos et une seconde étude2 ultérieure a montré que la galaxie blazer avait produit ces neutrinos plus tôt également en 2014 et 2015. Le blazer est certainement une source de neutrinos extrêmement énergétiques et donc de rayons cosmiques également.
Découverte révolutionnaire en astronomie
La découverte de ces neutrinos est un succès majeur et elle peut permettre l'étude et l'observation de l'univers d'une manière inégalée. Les scientifiques affirment que cette découverte pourrait les aider à retracer, pour la toute première fois, les origines des mystérieux rayons cosmiques. Ces rayons sont des fragments d'atomes qui descendent sur Terre de l'extérieur du système solaire flamboyant à la vitesse de la lumière. Ils sont accusés de causer des problèmes aux satellites, aux systèmes de communication, etc. Contrairement aux neutrinos, les rayons cosmiques sont des particules chargées. Les champs magnétiques continuent donc d'affecter et de modifier leur trajectoire, ce qui rend impossible de retracer leurs origines. Les rayons cosmiques font l'objet de recherches en astronomie depuis longtemps et bien qu'ils aient été découverts en 1912, les rayons cosmiques restent un grand mystère.
À l'avenir, un observatoire de neutrinos à plus grande échelle utilisant une infrastructure similaire à celle utilisée dans cette étude peut obtenir des résultats plus rapides et davantage de détections peuvent être effectuées pour démêler de nouvelles sources de neutrinos. Cette étude réalisée en enregistrant de multiples observations et en prenant connaissance des données à travers le spectre électromagnétique est cruciale pour approfondir notre compréhension de l'univers et des mécanismes de la physique qui le régissent. C'est une excellente illustration de l'astronomie « multimessager » qui utilise au moins deux types de signaux différents pour examiner le cosmos, ce qui le rend plus puissant et plus précis pour rendre de telles découvertes possibles. Cette approche a permis de découvrir des collisions d'étoiles à neutrons ainsi que des ondes gravitationnelles dans un passé récent. Chacun de ces messagers nous fournit de nouvelles connaissances sur l'univers et des événements puissants dans l'atmosphère. En outre, cela peut aider à mieux comprendre les événements extrêmes qui se sont produits il y a des millions d'années et qui ont amené ces particules à effectuer leur voyage vers la Terre.
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Sources)
1. La collaboration IceCube et al. 2018. Observations multimessagers d'un blazar torché coïncidant avec le neutrino de haute énergie IceCube-170922A. Les sciences. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2. La collaboration IceCube et al. 2018. Émission de neutrinos en provenance du blazar TXS 0506+056 avant l'alerte IceCube-170922A. Les sciences. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
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