Les Pyrénées, laboratoire de l'univers
2009/03/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa | Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Dans le village de Canfranc, au coeur des Pyrénées, se trouve un ancien tunnel qui servait autrefois à passer les trains. Sur lui se trouve le mont El Tobazo, un morceau rocheux de près de 900 mètres de haut, et d'un côté du tunnel, à 750 mètres de l'entrée, il y a deux petites galeries. II. Ils ont été créés pendant la guerre mondiale, et à cette époque ils étaient pleins de dynamite pour faire exploser les ennemis le tunnel.
Ils n'ont pas dû faire éclater la dynamite et à la fin de la guerre, les galeries ont été vidées. Jusqu'en 1985, ils sont restés à l'état pur. À cette époque, le Groupe de Physique Nucléaire et de Grandes Énergies de l'Université de Saragosse cherchait un endroit pour effectuer des recherches spéciales et a rencontré les galeros, où il a décidé de s'installer.
Les galeries sont devenues des laboratoires et ont ensuite été agrandies. Au début, ils avaient une installation de 105 mètres carrés, et maintenant ils ont environ 1000 mètres carrés parce qu'ils ont construit une autre à côté de ces deux galeries. Et c'est que, comme les expériences sont effectuées, ils ont vu que c'est un endroit très approprié et il est utilisé par différents groupes internationaux.
En regardant les particules de l'univers
La physique des astroparticules est celle qui étudie ce groupe de l'Université de Saragosse. Un membre du groupe, José Ángel Villar, nous a expliqué en bref en quoi consiste la recherche dans le sous-sol : ils explorent des phénomènes qui ont très peu de chances de se produire dans l'univers.
Ces phénomènes sont rares mais sont dus à des composants très nombreux comme les neutrinos et la matière noire. Les neutrinos sont des particules élémentaires sans charge électrique, c'est-à-dire que nous savons au moins qu'ils ne sont pas formés de particules plus simples. Ils sont émis par des éléments radioactifs dans la désintégration, comme des réactions dans les noyaux des étoiles, supernovas, centrales nucléaires et accélérateurs de particules. Selon certains calculs, la Terre reçoit un flux de neutrinos de dix milliards de centimètres carrés par seconde.
Les experts considèrent que la matière noire occupe 24% de l'univers. Étant donné que tous les composants de l'espace que nous connaissons (étoiles, planètes, galaxies, trous noirs, etc.) ne pas atteindre 5%, nous pouvons dire que oui, la matière noire est aussi très abondante.
Nous devrions dire qu'il serait juste, ou pas. La plupart des théories et hypothèses soulevées pour expliquer la dynamique des galaxies et de l'univers en général jugent indispensable qu'il y ait beaucoup plus de matière qu'elles voient. Mais ils ne l'ont jamais vu ni mesuré. C'est pourquoi on l'appelle matière noire.
Malgré son abondance, neutrinos et matière noire, il est très difficile pour les experts qui la pratiquent d'analyser l'une et l'autre, de tester les hypothèses qu'ils veulent tester et réaliser les mesures qu'ils veulent réaliser. La raison en est que les deux ont très peu d'interaction avec la matière que nous connaissons et avec les instruments que nous utilisons pour effectuer les mesures.
Par exemple, ils n'ont pas encore trouvé que la matière noire a une charge électrique, ni magnétisme, ni interaction avec la lumière ou le rayonnement. En ce qui concerne les neutrinos, l'interaction est très petite, car ils sont électriquement neutres et ont à peine la masse. Ainsi, la grande majorité des millions de neutrinos qui arrivent sur Terre chaque seconde traversent la Terre d'un côté à l'autre, sans aucune interaction avec les particules qui la forment. Seule une interaction se produit occasionnellement.
Ces quelques interactions sont en outre extrêmement faibles. Comme nous l'a dit Villar, « dans des conditions normales, il serait impossible de détecter cette interaction, car le rayonnement cosmique se trouve partout dans l'espace et ce rayonnement couvre complètement ces interactions ». Comme beaucoup de neutrinos, le rayonnement cosmique est formé de particules émises dans une série de réactions dans l'espace, qui sont chargées et qui ont une interaction beaucoup plus intense avec la matière. C'est pourquoi ils couvrent les particules qu'ils étudient en Canfrance.
Sous terre, protégé
Si le rayonnement cosmique couvre les interactions que peuvent avoir les matières obscures et neutres, et que le but est d'étudier ces interactions, les scientifiques n'ont qu'une solution : se protéger de l'influence du rayonnement cosmique. Comme le rayonnement cosmique arrive de l'espace, la meilleure façon de la protéger est de la pénétrer dans le sous-sol.
C'est une façon d'isoler les particules avec une capacité d'interaction réduite. Plus la terre traverse, plus les particules qui forment le rayonnement cosmique perdront d'énergie dans les interactions. Les laboratoires du tunnel de Canfrance se trouvent à environ 900 mètres de la surface, ce qui les rend très appropriés. Selon Villar, la caractéristique principale qu'ils poursuivent dans ces tunnels est que "en ce qui concerne le rayonnement, l'environnement où les études sont effectuées est aussi propre que possible".
En plus de son emplacement, la géologie du mont sur lequel repose le tunnel contribue à la formation de l'écran de protection. Selon Villar, « si le milieu était granitique, il serait inutile d'expérimenter, puisque le granit émet beaucoup de rayonnement. En Canfrance prédomine la pierre calcaire avec un degré de rayonnement très bas».
Recherche de la masse de neutrinos
Toute cette protection est nécessaire pour connaître les propriétés des neutrinos. Ils ont découvert les neutrinos à la fin des années 50, mais les scientifiques en savent encore très peu.
« Par exemple, dans un laboratoire comme celui de Canfrance qui a récemment découvert que les neutrinos ont une masse », explique Villar. Maintenant, ils veulent savoir combien est cette masse. Et en Canfrance, entre autres choses.
Certains calculs indiquent que la masse des électrons est 200.000 fois inférieure à celle des neutrinos, et que la masse des électrons est 1.800 fois inférieure à celle des protons. Et un proton a un quatre et demi de gramme, soit 1,5 x 10 -24 grammes.
« Nous voulons voir la masse de neutrinos aussi petite que possible », a déclaré Villar. "Pour ce faire, nous devrions observer un processus appelé bêta désintégration double, qui se produit tous les dix quadridons par an (chiffre avec vingt-cinq zéros derrière le numéro un)".
Pour détecter ce processus, ils créent un environnement avec un degré d'isolation encore plus élevé. "Nous introduisons les détecteurs dans des blocs d'un levier de plomb pour isoler plus du rayonnement du milieu. En effet, en cas de double désintégration bêta, les interactions qui se produiront seront très faibles.
Quand les gens visitent le laboratoire, on dit à ces détecteurs qu'ils appellent des chapelles. "En bref, c'est une chapelle, parce qu'il faut être une vraie foi pour chercher quelque chose de si peu susceptible de se produire! ", rit Villar.
La matière noire, oui ?
D'autre part, en ce qui concerne la matière noire, on travaille avec une option qui peut être certaine. Villar nous a expliqué en quoi consiste: Il est possible que notre galaxie soit entourée de matières sombres et qu'il y ait plusieurs halos de matière noire. Dans cette situation, il peut arriver que dans la rotation de la Terre autour du Soleil et dans le mouvement du Soleil sur la galaxie, parfois tourner en faveur de ce halo de matière sombre et d'autres se déplace contre eux, de sorte qu'il se produit parfois une plus grande interaction avec cette soi-disant matière sombre que d'autres. Il est appelé modulation pendant des années."
Plusieurs groupes du monde entier cherchent cette soi-disant modulation. Selon Villar, « il y a deux ans, un groupe de scientifiques italiens a dit l'avoir détecté. Depuis, un groupe américain tente d'obtenir les résultats obtenus par les Italiens, mais ils ne l'obtiennent pas. Ce qui se passe, c'est que vous travaillez avec d'autres technologies et avec des détecteurs d'autres types, il est donc possible que cette modulation ne soit pas perçue.
Nous avons les mêmes technologies et outils que les Italiens et nous ont commandé une expérience équivalente pour voir si nous pouvons arriver aux mêmes conséquences que les Italiens».
Villar nous a expliqué comment ils reconnaîtraient les interactions si elles se produisaient autrefois, bien sûr: Nous essayons que les particules, qu'elles soient des neutrines ou des particules de matière noire, heurtent les noyaux des détecteurs et qu'une certaine réaction se produise dans ce choc. La réaction peut être l'émission de lumière, la libération de chaleur ou tout autre phénomène qui peut être mesuré par notre interaction ».
En bref, ils pourraient déduire que la particule objet d'étude a été en interaction avec le détecteur. Ils peuvent donc confirmer l'existence d'une telle particule ou utiliser cette information pour clarifier les propriétés de la particule. Comme le disait Villar, "le mécanisme est très simple, mais c'est très difficile".
Au cours des vingt années de travail, ils n'ont pas trouvé de conclusions concluantes. Cependant, ils croient qu'ils vont bien et continueront à chercher à connaître l'espace dans une plus grande mesure.
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