D’étranges particules détectées en Antarctique en 2006, suscitant un intérêt particulier pour les physiciens et encore étudiées à ce jour, restent inexpliquées. Une analyse approfondie effectuée dans le cadre d’une nouvelle étude a permis de déterminer que les particules, détectées par un ballon géant muni d’un capteur, se situent au-delà du modèle standard de la physique. Une véritable course scientifique est maintenant lancée, visant à découvrir leur nature et origine exactes.
En 2006 (puis à nouveau en 2014), des chercheurs de la NASA utilisant l’Antenne transitoire impulsive d’antarctique (ANITA), un ballon équipé d’un détecteur de particules, a capté un signal mystérieux. Ils avaient repéré des preuves de particules à haute énergie se déplaçant à un angle suggérant qu’elles venaient de se propager à travers la planète, sans entrave.
Une nouvelle analyse a maintenant exclu la meilleure hypothèse possible (jusqu’ici) pour ces particules. Cela signifie que l’explication de leur nature se situe au-delà du modèle standard de la physique, notre compréhension actuelle de la physique semblant insuffisante.
Des niveaux d’énergie extrêmement élevés pour une si petite particule…
Les événements enregistrés par ANITA révèlent des niveaux d’énergie ridiculement élevés pour une particule si petite, allant de 0.6 à 0.56 exaelectronvolts (un milliard de milliards d’électronvolts). « Cela équivaut à peu près à un service effectué par un joueur de tennis professionnel », déclare Alex Pizzuto, de l’Université du Wisconsin-Madison (États-Unis), qui n’est pas impliqué dans le projet ANITA.
Une hypothèse suggérait que ces particules étaient des neutrinos, connus pour pouvoir traverser d’autres matières. Mais à des énergies aussi élevées, ces neutrinos auraient dû interagir avec les particules à l’intérieur de la Terre plutôt que de traverser aussi facilement des milliers de kilomètres de roche, de magma et de fer.
Cependant, il reste possible qu’un neutrino de haute énergie ait pu s’en sortir indemne, auquel cas il devrait provenir d’une source cosmique telle qu’une galaxie lointaine, qui accélère les neutrinos et les renvoie dans l’espace. Pour le savoir, les chercheurs ont dû effectuer des analyses approfondies.
Une origine inexpliquée malgré une analyse approfondie
Pizzuto et ses collègues travaillent à l’Observatoire de neutrinos IceCube basé en Antarctique, une expérience simultanée mais distincte qui permet de détecter une plus grande variété de neutrinos, y compris des variantes à plus faible énergie. En supposant qu’il s’agisse d’une source cosmique, certains neutrinos détectés auraient atteint la Terre à peu près au même moment que ceux enregistrés par ANITA.
L’équipe vient de terminer le passage au peigne fin de plusieurs années de données, à la recherche de preuves de tels signaux. Mais les analyses n’ont pas abouti, ce qui signifie que les détections de haute énergie d’ANITA sont maintenant encore plus difficiles à expliquer. Les résultats de l’étude sont déjà disponibles pour consultation sur le serveur de pré-publication arXiv.
« Il nous reste les possibilités les plus excitantes, ou les plus ennuyeuses », déclare Ibrahim Safa, qui travaille également sur IceCube. Soit ANITA a identifié un signe de physique exotique, soit il y a une anomalie subtile dans les mesures du détecteur, que tout le monde aurait négligée jusqu’à présent.
Stefan Söldner-Rembold, de l’Université de Manchester (Royaume-Uni), se dit convaincu que l’explication de la source ponctuelle des étranges détections de l’ANITA est désormais écartée. « Quoi qu’il en soit, qu’il s’agisse d’une nouvelle physique ou d’un processus que nous n’avons pas encore compris, c’est très intéressant », dit-il.
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Les physiciens attendent une mise à jour de l’équipe d’ANITA, qui sera publiée plus tard cette année, dans laquelle seront décrits tous les événements anormaux survenus au cours du quatrième et plus récent vol du ballon en 2016. Cela pourrait fournir des données sur d’autres détections de haute énergie et ainsi aider à résoudre le mystère.
Une hypothèse suggérée : la supersymétrie
En attendant, les théories abondent sur ce que peuvent être ces particules énigmatiques, si elles remettent effectivement en question le modèle standard. Derek Fox, de la Pennsylvania State University, a déjà suggéré qu’il pourrait s’agir de neutrinos stau, une forme plus lourde du neutrino tau. Cela correspondrait à la supersymétrie, la théorie selon laquelle toutes les particules fondamentales ont des homologues beaucoup plus lourds.
Les détections de l’ANITA pourraient aussi être des signes révélateurs de matière noire, ou de neutrinos stériles, soutiennent certains chercheurs.
Pizzuto quant à lui, ne croit pas en l’émergence d’une nouvelle physique pour la résolution de ce mystère. « Je vais attendre avant de prétendre à l’allégeance à un modèle en particulier », dit-il. « Je pense qu’il est encore trop tôt pour conclure sur notre incompréhension des détections d’ANITA ».
Cette vidéo explique et présente le projet IceCube, pour la recherche de neutrinos cosmiques :
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assemblage d'étoiles, de gaz et de poussières. Il en existe
plusieurs types, classés selon leur masse et leur morphologie,
formées à différentes... [...]