Des chercheurs canadiens ont récemment assisté à un phénomène rarissime : la transformation d’un isotype rarissime du carbone en un isotopé de l’azote, grâce à un neutrino solaire. Ce processus représente l’une des réactions les moins énergétiques enregistrées dans la nature, évoquant une forme d’alchimie scientifique où une particule quasiment insaisissable reconstruit le noyau atomique, fonctionnant ainsi comme un faisceau d’essai d’un accélérateur de particules naturel : le Soleil.
Source de l’image: SNO+
L’expérience a été conduite par l’équipe de la collaboration SNO+. Le détecteur de neutrinos est situé dans le laboratoire souterrain SNOLAB, au Canada, à une profondeur de 2 km. L’épaisseur de terre au-dessus du détecteur filtre la plupart des autres particules élémentaires, ne laissant pénétrer principalement que les neutrinos, qui peuvent traverser non seulement notre planète, mais aussi une paroi de plomb d’un an-lumière d’épaisseur, où la probabilité de collision d’un neutrino avec un atome de plomb est de 50 %.
Pour les chercheurs, il était crucial d’observer les neutrinos solaires. Contrairement aux neutrinos atmosphériques ou cosmiques issus d’autres phénomènes énergétiques de l’univers, les neutrinos solaires sont relativement peu énergétiques, facilitant leur détection. Le détecteur SNOLAB est une sphère de près de 800 tonnes remplie d’un scintillateur liquide, dont 1,1 % est constitué de l’isotope carbone-13 (13C). La probabilité qu’un neutrino interagisse avec un atome de 13C est fascinante, et pourtant, les scientifiques ont enregistré plusieurs événements de ce type.
Lors de son interaction avec le noyau de 13C, composé de six protons et sept neutrons, un neutrino parvient à éjecter un neutron sous la forme d’un électron, le transformant ainsi en proton. Des photodétecteurs enregistrent cet événement à travers la faible lumière émise par le scintillateur. Ce processus transformera le noyau en un atome de l’isotope azote-13 (13N), qui possède sept protons et six neutrons. L’isotope 13N est instable et se désintègre environ dix minutes après, émettant un positron qui génère aussi une lueur dans le scintillateur, enregistrant ainsi l’événement. Deux éclats lumineux survenant dans un intervalle de temps spécifique indiquent la transformation de 13C en 13N.
En l’espace de 231 jours d’observations (de mai 2022 à juin 2023), 60 candidats d’événements ont été identifiés. Une analyse statistique a fait ressortir 5,6 événements, attribués aux neutrinos, un chiffre proche des 4,7 cas théoriquement attendus. Il s’agit de la mesure directe la plus faible enregistrée pour cette réaction. Cette découverte renforce les prévisions théoriques concernant les interactions faibles des neutrinos à basse énergie et ouvre la voie à l’utilisation des neutrinos solaires comme un “faisceau naturel” pour explorer des processus nucléaires rares, faisant avancer encore un peu plus la physique fondamentale.
Points à retenir
- Découverte de la transformation du carbone-13 en azote-13 par un neutrino solaire.
- Le détecteur SNOLAB situé à 2 km sous terre réduit les interférences d’autres particules.
- Les neutrinos solaires sont moins énergétiques et plus faciles à détecter que d’autres types.
- La mesure observée est la plus basse enregistrée, renforçant la compréhension des interactions de neutrinos.
- Les résultats ouvrent la porte à de nouvelles études sur des processus nucléaires rares.
Cette avancée scientifique suscite une réflexion sur notre compréhension de l’univers et de sa composition. En tant qu’observateur passionné, je ne peux m’empêcher d’admirer la complexité et la beauté de ces phénomènes. La capacité des chercheurs à percer les mystères des particules si subtiles nous rappelle l’importance de l’exploration scientifique. Le voyage vers une compréhension plus profonde de notre cosmos ne fait que commencer, et j’ai hâte d’en découvrir davantage.