Les neutrinos sont des particules subatomiques sans charge et très peu de masse qui sont connues pour interagir faiblement avec d'autres matières dans l'univers. En raison de leurs faibles interactions avec d'autres particules, ces particules sont notoirement difficiles à détecter.
Une classe de neutrinos qui s'est jusqu'à présent prouvée particulièrement insaisissable aux méthodes de détection sont des neutrinos extrêmement élevés, qui ont des énergies supérieures à 1016 Electronvolts (EV). Les théories physiques suggèrent que ces neutrinos seraient produits à partir de phénomènes astrophysiques très à forte intensité d'énergie, tels que les interactions des rayons cosmiques ultra-élevés.
La collaboration Icecube, un grand groupe de chercheurs basée dans divers instituts de recherche du monde, recherche des neutrinos extrêmement élevés depuis plus d'une décennie. Leurs conclusions les plus récentes, publiées dans Lettres d'examen physiquedéfinir des contraintes sur la proportion de protons dans les rayons cosmiques ultra-haute énergie, pour la première fois en s'appuyant sur des données collectées à l'observatoire Icecube, tout en plaçant également des limites sur le flux diffus de neutrinos extrêmement élevés.
« Icecube est, avant tout, un gigantesque détecteur de neutrinos », a déclaré à Issues.fr Maximilian Meier, co-auteur du journal. « Donc, pour moi, la recherche des neutrinos d'énergie les plus élevés produits par l'univers (neutrinos cosmogéniques) est naturellement très excitant, et Icecube a déjà effectué ce type de recherche depuis plus d'une décennie. Si nous ne voyons aucun de ces neutrinos cosmogéniques, nous pouvons placer une forte limite sur le nombre d'entre eux existent dans l'univers. »
Pour rechercher des neutrinos, l'expérience ICECUBE s'appuie sur le plus grand détecteur de neutrinos au monde, qui est situé au pôle Sud, profondément dans la glace antarctique. Ce détecteur, connu sous le nom de l'observatoire de neutrinos Icecube, détecte le rayonnement de Cherenkov (c.-à-d. La lumière bleue) émise lorsque les particules voyagent à travers la glace. La recherche de neutrinos à énergie extrêmement élevée à l'aide de ce détecteur devrait, en principe, être assez simple, car il identifie essentiellement les événements les plus brillants des données collectées.
« Lorsque nous recherchons les yeux, nous voyons beaucoup de contexte de showers Cosmic Ray Air », a déclaré Meier. « Nous pouvons y faire face en reconstruisant la direction d'où proviennent les particules, et par la façon dont leurs dépôts d'énergie diffèrent de ceux attendus par notre signal de neutrinos. Nous avons examiné 12,6 ans de données, qui contient environ un billion d'événements, et avons filtré cela jusqu'aux trois candidats les plus prometteurs. »
Après avoir analysé plus d'une décennie de données recueillies par le détecteur ICECUBE, les chercheurs n'ont trouvé aucun événement qui ne semblait pas être suffisamment « énergique » pour être associé à des neutrinos cosmogènes, les particules qu'ils recherchaient. Les neutrinos cosmogènes sont des neutrinos extrêmement élevés produits lorsque les rayons cosmiques ultra-élevés interagissent avec d'autres champs de photons cosmiques (c'est-à-dire le fond micro-ondes cosmique).
Bien que la collaboration Icecube n'ait pas détecté les événements d'intérêt, au cours de la dernière décennie, il a fixé des limites de plus en plus strictes sur le flux de ces neutrinos. Leurs résultats les plus récents représentent un progrès supplémentaire vers leur détection, car cela pourrait améliorer la sélection d'événements de neutrinos extrêmement énergiques et ainsi augmenter les chances qu'ils soient observés.
« En fin de compte, nous n'avons trouvé aucun neutrin avec des énergies extrêmes », a expliqué Meier. «Ces neutrinos dont nous nous attendons sont étroitement liés aux rayons cosmiques ultra-haute énergie (UHECR), car ils sont créés dans les interactions des protons avec la lumière de fond dans l'univers.
« Cela signifie qu'en ne voyant pas les neutrinos, nous pouvons limiter la quantité de protons composant UHECRS, ce que nous avons fait – avec ICECube – pour la première fois. Nous pouvons limiter la fraction de protons comme étant inférieure à ~ 70% si les sources des rayons cosmiques sont distribués similaires à la façon dont les nouvelles étoiles sont formées tout au long de l'univers. »
Les efforts récents de la collaboration ICECUBE informeront les recherches futures de neutrinos extrêmement élevés, en particulier ceux produits à la suite des interactions de rayons cosmiques ultra-énergétiques avec le fond micro-ondes cosmique. Le but ultime de l'expérience sera de détecter avec succès ces neutrinos et de mieux comprendre leurs propriétés.
« Nous pouvons travailler vers cet objectif en améliorant encore plus l'efficacité de l'Icecube aux neutrinos cosmogogènes, ce qui peut être fait, par exemple, par l'utilisation de l'apprentissage automatique », a ajouté Brian Clark. « La grande chose sur la liste de souhaits ici est Icecube-Gen2.
« Il s'agit d'une extension planifiée de l'ICECube qui augmentera la sensibilité aux neutrinos cosmogènes d'environ un facteur 30 (en supposant une période de prise de données similaire).
Écrit pour vous par notre auteur Ingrid Fadelli, édité par Lisa Lock, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
