Un détecteur souterrain aidera à étudier les neutrinos et les trous noirs

Projet de détecteur

D'ici à 2022, des scientifiques américains prévoient de lancer un nouveau détecteur de neutrinos - la Deep Underground Neutrino Experiment ( DUNE ). Il sera situé sous terre dans l'ancienne mine d'or Homestake dans le Dakota du Sud. À l'aide de ce détecteur, les physiciens étudieront les propriétés des neutrinos - à la fois générés artificiellement et émis par une étoile lors de son effondrement dans un trou noir.

Dans les années 1960, l'astrophysicien Raymond Davis abritait déjà un laboratoire d'observation des neutrinos solaires dans la mine. Le détecteur à venir sera beaucoup plus puissant. Plusieurs kilotonnes d'argon liquide dans un récipient d'un diamètre d'environ 12 m interagiront avec les neutrinos qui le traversent.

Fondamentalement, ce seront des particules émises par le National Accelerator Laboratory nommé d'après Enrico Fermi, également connu sous le nom de Fermilab . Il est situé à 1300 km du futur détecteur DUNE. Mais une partie du temps devrait être consacrée à l'étude des neutrinos cosmiques.

Bien que les théoriciens aient longtemps calculé en général comment les trous noirs devraient se former, personne n'a jamais observé ce processus. Il est connu qu'un trou noir peut se former après l'effondrement d'une étoile de plus de huit solaires. Mais comment cela se produit-il exactement? À quel moment une étoile devient-elle un trou noir? À quelle fréquence les étoiles se transforment-elles en trous noirs? Au lieu de cela, l'explosion peut se terminer par la formation d'une étoile à neutrons.

On sait qu’au moment de l’effondrement d’une étoile, un puissant flux de neutrinos doit émerger, qui pourra quitter le site de l’écrasement avant que la gravité n'atteigne des valeurs critiques. Après cela, rien ne peut s'échapper au-delà des limites du trou noir. En conséquence, le motif d'une forte explosion du flux de neutrinos, qui se rompt alors brusquement, devrait être fixé sur le détecteur. Cela devrait être l'empreinte de la naissance d'un nouveau trou noir.

La seule explosion de supernova enregistrée par des détecteurs de neutrinos s'est produite en 1987. Malheureusement, les données sur l'explosion n'étaient pas suffisantes, donc on ne sait pas ce qui s'est passé par la suite - si un trou noir ou une étoile à neutrons s'est formé. Si un tel événement ne se produit pas très loin de nous, le détecteur DUNE, selon le représentant du projet Mark Thompson, pourra détecter jusqu'à 10 000 neutrinos.

Il existe trois types de neutrinos, chacun ayant une antiparticule - ce sont les neutrinos électroniques, muoniques et tau. Les détecteurs de neutrinos existants sont capables de détecter les antineutrinos électroniques. Le futur DUNE sera le seul à pouvoir capturer des neutrinos électroniques grâce à l'utilisation d'argon », explique Kate Scholberg, professeur de physique à l'Université Duke.

Bien sûr, plus les détecteurs détectent une explosion de supernova, plus nous en apprenons sur ce processus étonnant. En Chine, des scientifiques travaillent actuellement sur un détecteur JUNO, au Japon, ils prévoient de construire un grand détecteur Hyper-K, en Russie, ils augmentent progressivement la puissance du télescope à neutrinos en haute mer de Dubna . Si tous ces appareils peuvent attraper les conséquences d'un effondrement relativement court, ce sera une fête pour les scientifiques.

De plus, le nouveau détecteur pourrait répondre à des questions sur la nature des neutrinos eux-mêmes. Avec son aide, il sera possible d'étudier leur oscillation et éventuellement de répondre à la question de savoir s'il s'agit de fermions de Majorana - c'est-à-dire de leurs propres antiparticules.

Source: https://habr.com/ru/post/fr384145/