La découverte du mois dernier du neutrino le plus énergique encore détecté est incroyablement excitante pour les physiciens des particules américains – mais cela soulève également de nombreuses questions, dit également Chanda Prescod-Weinstein
Une impression visuelle de l'événement à neutrinos à l'énergie ultra-élevée observée par les scientifiques du télescope de neutrinos kilomètre cubique européen (KM3NET)
Si vous avez déjà mangé une banane, vous avez consommé une source de rayonnement active. Ils sont riches en potassium, dont une petite fraction est l'isotope radioactif naturel 40K (potassium-40). Bien que cela puisse sembler effrayant, les niveaux sont sûrs pour la consommation humaine et ils ont un effet secondaire amusant: les neutrinos. La décroissance bêta, l'un des moyens d'atomes instables peut subir une décroissance radioactive, convertit le potassium en calcium avec une aide latérale de particules élémentaires: un électron et un neutrino.
Parfois appelés «particules fantômes», les neutrinos sont en fait des cousins de l'électron. Tout comme les électrons, ce sont des particules élémentaires qui ne peuvent pas être divisées en parties plus petites. Leur sens de la rotation intrinsèque et quantique a la même valeur que celle de l'électron. Il existe cependant des différences fondamentales. Bien que les électrons aient une charge électrique et interagissent donc fortement avec la matière, les neutrinos ne font pas et seraient des fantômes parce qu'ils interagissent avec presque rien. Pendant que vous avez lu ceci, environ 6000 billions de neutrinos ont traversé votre corps. Aucun ne s'est arrêté pour passer du temps, car nous sommes essentiellement invisibles pour eux.
Bien que chaque électron de l'univers soit identique à tous les autres électrons, les neutrinos se présentent en trois saveurs: le neutrino électronique, le neutrino muon et le neutrino tau. Les neutrinos diffèrent également des électrons d'une autre manière: nous comprenons beaucoup moins à leur sujet. Expliquer comment ils obtiennent la masse reste un mystère majeur en physique des particules. Nous ne savons même pas quelles sont leurs masses, sauf qu'elles sont très petites – si petites que, pendant un certain temps, nous nous sommes demandé s'ils étaient complètement sans masse, ce qui signifierait qu'ils étaient capables de voyager à la vitesse de la lumière. Nous savons maintenant que même s'ils peuvent se rapprocher de cette vitesse maximale, ils sont ralentis par un tout petit morceau de masse.
Mais ce n'est pas la caractéristique la plus étonnante du comportement des neutrinos lorsqu'ils se déplacent dans l'espace. Les neutrinos sont profondément inhabituels car leur identité peut changer à mesure qu'ils mûrissent. Un neutrino électronique ne reste pas nécessairement un neutrino électronique; Il peut à un moment donné devenir à un moment donné un muon ou un type tau. En d'autres termes, les neutrinos ne sont pas terminaux, oscillant entre et mélangeant trois identités possibles. Nous, les physiciens de particules, pensons que cette non-raccourci est en quelque sorte liée à la façon dont les neutrinos obtiennent leur masse, mais nous ne sommes toujours pas sûrs.
Le lieu de naissance du neutrino était probablement près d'un trou noir extrêmement massif activement accumulé de matériel
Les neutrinos peuvent être un mystère à part entière, mais ils peuvent nous donner un aperçu des autres questions cosmiques. En fait, les neutrinos sont devenus une alternative importante aux photons pour observer le cosmos car des phénomènes comme les étoiles, les disques d'accrétion de trous noirs et les supernovae les émettent.
Partie du détecteur de neutrinos KM3NET lors d'une opération de récupération
La recherche de ces neutrinos cosmiques donne parfois des résultats très excitants. Le mois dernier, des scientifiques du télescope européen de neutrinos kilomètres cubes (KM3NET) ont annoncé qu'ils avaient vu des preuves d'un neutrino 220 Peta Electronvolt (PEV), le plus énergique que l'on a détecté. Une énergie aussi élevée est comparable à l'environnement énergétique autour d'une étoile à neutrons, qui est le deuxième type d'objet le plus compact dans l'univers, après un trou noir. En revanche, les mesures passées des neutrinos «seulement» sont venues à environ 10 PEV. Ce nouveau est 20 fois plus énergique.
KM3Net n'a pas capturé directement le neutrino, car, comme je l'ai mentionné, ces particules sont difficiles à mettre la main. Au lieu de cela, le détecteur du télescope a capturé un muon très énergique, une autre particule élémentaire. En utilisant notre compréhension de la théorie derrière les interactions des neutrinos et du muon, les chercheurs ont pu reconstruire le chemin du muon. Le scénario le plus probable est que le muon a été créé par un neutrinos 220 PEV entrant en collision avec une autre particule élémentaire.
La découverte soulève de nouvelles questions. Parce que le neutrino était inhabituellement énergique, il peut avoir une histoire d'origine différente de celle des autres neutrinos cosmiques que nous avons vus. Il y a très peu d'environnements cosmiques qui créent les conditions de tels niveaux d'énergie, ce qui suggère que le lieu de naissance du neutrino était à proximité d'un trou noir particulièrement massif avec un disque d'accrétion très actif.
L'un des aspects délicieux de la découverte de KM3Net est qu'il crée la possibilité que les neutrinos nous aideront à obtenir des informations sur ces trous noirs extrêmement massifs, tout en validant une proposition de 30 ans selon laquelle de tels trous noirs pourraient être utilisés pour mieux comprendre la nature non trinale des neutrinos. C'est un rappel que la science peut être une brûlure lente, nécessitant de la patience et de la persistance, tandis que les neutrinos rappellent que les transitions d'identité sont un phénomène naturel. Et le mystère autour de la façon et de la raison pour laquelle ces transitions se produisent nous aident à apprécier que l'univers reste plein d'occasions de mieux comprendre la réalité, lorsque nous sommes ouverts à toutes les possibilités.
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