Une particule d’antimatière extrêmement énergique percute l’Antarctique

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L'observatoire de neutrinos IceCube, en Antarctique. | Reuters

L’observatoire de neutrinos IceCube a récemment détecté une particule d’antimatière extrêmement énergique. Elle a percuté la glace antarctique en 2016, mais l’événement n’a pu être confirmé que récemment. Une telle énergie n’avait encore jamais été mesurée jusqu’ici pour ce type de collision. L’événement conforte le modèle standard de la physique des particules en confirmant l’existence de la « résonance de Glashow ».

La particule détectée est un antineutrino, soit un homologue d’antimatière du neutrino, une particule élémentaire relativement difficile à détecter. Elle est entrée en collision avec un électron situé dans la glace sous l’observatoire à une vitesse proche de celle de la lumière.

La pluie de particules générée par la collision a pu être détectée par IceCube, une installation majeure dans la recherche axée sur les neutrinos à haute énergie. Aujourd’hui, les physiciens du projet IceCube rapportent que cette pluie de particules contenait des preuves d’un événement théorisé depuis longtemps mais jamais détecté jusqu’ici, connu sous le nom de « résonance de Glashow ». Les détails sont disponibles depuis le 10 mars dans la revue Nature.

Une détection qui conforte le modèle standard de la physique des particules

En 1960, le physicien Stephen Glashow, alors chercheur de troisième cycle à l’Institut nordique de physique théorique au Danemark, a prédit que lorsqu’un antineutrino d’une énergie suffisamment élevée entre en collision avec un électron, il produit une particule lourde et de courte durée de vie, appelée boson W. La prédiction de Glashow reposait sur les règles fondamentales du modèle standard de la physique des particules, une théorie qui domine la façon dont les chercheurs abordent la plupart des mécanismes physiques.

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La détection de la résonance de Glashow est donc une confirmation de poids du modèle standard. Mais elle exige que le neutrino transporte beaucoup plus d’énergie que ce qu’un accélérateur de particules peut produire : 6,3 pétaélectronvolts (PeV).

Il est généralement difficile de se faire une idée des grandeurs impliquées dans les particules à haute énergie. Il faut savoir qu’un seul neutrino possède une masse d’environ 2 milliardièmes d’un milliardième d’un milliardième de gramme, et des milliers de neutrinos de faible énergie provenant du soleil traversent votre corps chaque seconde de la journée, sans effets notables.

Un antineutrino venu d’un autre monde

Cependant, l’antineutrino détecté ici possède une énergie de 6,3 pétaélectronvolts (PeV), ce qui en fait un cas unique. Pour mettre cela en perspective : un téraélectronvolt (TeV) équivaut à peu près à l’énergie d’un seul moustique volant à 1,6 km/h. En considérant que 6,3 PeV correspondent à 6300 TeV, l’on peut dire que ce neutrino correspondait à un essaim de 6300 moustiques (ou à un seul moustique voyageant à plus de 10 000 km/h !). Et il s’agit là de l’énergie infinitésimale nécessaire à générer la résonance de Glashow…

6,3 PeV correspond également à 450 fois l’énergie maximale que le Grand collisionneur de hadrons (l’accélérateur de particules du CERN, long de 27 kilomètres) devrait être en mesure de produire d’ici peu, suite aux améliorations en cours.

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Compte tenu de l’énorme quantité d’énergie requise, personne n’espérait repérer la résonance de Glashow en utilisant uniquement des outils actuels. Mais IceCube détecte les particules en provenance de l’espace, et là est le secret. La particule qui a percuté la glace en 2016 a produit une pluie caractéristique de particules dont les chercheurs estiment maintenant qu’elle correspond à un boson W en décomposition, une particule fondamentale qui, avec le boson Z, est considérée comme responsable de la force faible.

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Cependant, à ce jour, les chercheurs n’ont toujours pas établi la source cosmique exacte à l’origine de cette particule. Quoi qu’il en soit, l’accélérateur de particules naturel devait être suffisamment puissant pour propulser la particule aussi loin. À l’avenir, la détection potentielle d’autres événements de ce genre permettra probablement d’établir la provenance de ces particules monstrueuses.

« Cette signature unique indique une méthode permettant de distinguer les neutrinos des antineutrinos, offrant ainsi un moyen d’identifier les accélérateurs astronomiques qui produisent des neutrinos par le biais d’interactions hadronucléaires ou photohadroniques, avec ou sans champ magnétique puissant. Ainsi, la connaissance de la saveur (c’est-à-dire des neutrinos électroniques, muoniques ou tau) et de la charge (neutrino ou antineutrino) facilitera l’avancement de l’astronomie axée sur les neutrinos », écrivent les chercheurs dans leur étude.

Source : Nature

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