SoLid en quête de la particule la plus insaisissable

Un consortium de scientifiques belges, britanniques et français ont construit avec succès un nouveau type de détecteur de neutrinos au réacteur de recherche BR2 du SCK•CEN à Mol. Après la découverte du boson de Higgs, les chercheurs s’approchent d’un peu plus près de l’un des grands défis de la Science: détecter un nouveau type de particule élémentaire, le neutrino stérile. 

Depuis 2013, le centre de recherche SCK•CEN travaille avec un consortium d’instituts belges, britanniques et français pour mettre au point une nouvelle technologie de détection en vue de déceler les neutrinos proches des réacteurs nucléaires. Cet ambitieux projet baptisé SoLid (« Search for oscillation with a Lithium-6 detector ») vise à répondre à une question fondamentale de la physique des particules qui anime la communauté scientifique depuis des dizaines d’années: les neutrinos stériles existent-ils ?

Détecter l’insaisissable
Les neutrinos sont des particules élémentaires qui interagissent très peu avec la matière et sont par conséquent très difficilement détectables. Ils n’ont été observés pour la première fois qu’au cours des années 1950 lors d’expériences effectuées à proximité de réacteurs nucléaires. Ces derniers produisent des neutrinos en grande quantité et constituent d’ailleurs la principale source de neutrinos créée par l’homme.

« Toutes les particules que nous avons pu observer ces quarante dernières années, nous les avions prévues grâce à notre théorie », explique Antonin Vacheret, porte-parole de SoLid. « Ce succès a atteint son point d’orgue en 2012 avec la découverte du boson de Higgs-Englert-Brout. La découverte d’un nouveau type de neutrino bouleverserait notre vision de l’univers et nous aiderait à comprendre ce qu’est la matière noire ».

Les neutrinos stériles sont encore plus insaisissables que les neutrinos puisqu’ils n’interagissent pas avec la matière et qu’il est donc impossible de les détecter directement avec nos technologies actuelles. L’expérience SoLid veut donc trouver indirectement la présence de ces particules via des signes annonciateurs, notamment par le phénomène dit « d’oscillation des neutrinos ». « C’est un peu comme regarder les plis de votre lit pour vérifier si quelque chose se cache sous votre couverture », explique Benoît Guillon du laboratoire français LPC Caen. « Vous ne voyez pas de quoi il s’agit mais vous en voyez les effets. C’est ce que nous allons faire avec les neutrinos des réacteurs ».

 
De gauche à droite: Bernard Coupé, Jeroen Mermans, Lars Ghys, Nick van Remortel, Maja Verstraeten, Yamiel Abreu Alfonso
   

Technologie révolutionnaire via un détecteurLes chercheurs ont franchi aujourd’hui un pas important avec la construction d’un nouveau type de détecteur d’antineutrinos de plus de 1,5 tonnes, basé sur des petits cubes scintillants qui permettent de déceler les neutrinos s’arrêtant dans le détecteur. Le détecteur agit à l’instar d’une caméra 3D enregistrant les signaux envoyés par les neutrinos et ce à une résolution encore jamais égalée. Ces derniers mois, le consortium a redoublé d’efforts pour assembler 12 000 pièces du détecteur et tester 3 500 détecteurs à photons qui seront en état de « voir » les minuscules flashs de lumière produits par les neutrinos dans le détecteur. Le consortium a également conçu et construit un robot de calibrage qui fournit des signaux de référence permettant de surveiller les différentes régions du détecteur et les réponses aux neutrinos.  

Après trois ans de recherche intensive et de développement, le détecteur de neutrinos a été installé au réacteur de recherche BR2 du SCK•CEN à Mol. Responsable de la majorité de la production mondiale de radio-isotopes médicaux utilisés pour l’imagerie et la cancérothérapie, le réacteur de recherche belge offre un environnement idéal pour s’adonner à la recherche fondamentale sur les particules élémentaires. « Il s’agit d’un des endroits les plus calmes au monde pour effectuer cette expérience », explique Nick Van Remortel, coordinateur technique et professeur à l’Université d’Anvers. « Le BR2 fonctionne à une puissance thermique de quelque 60 MW et il permet de déceler les neutrinos stériles dans des conditions optimales. »

Les chercheurs de SoLid espèrent trouver réponse à leur question d’ici un an et gagner du terrain dans cette quête de neutrinos stériles poursuivie par différents consortiums internationaux.  « Nous sommes fiers de pouvoir contribuer, grâce à notre installation BR2 – unique dans ce contexte – et à nos connaissances et notre savoir-faire, à la réussite de ce projet extraordinairement passionnant, » déclare Steven Van Dyck, BR2 manager. «Ce projet montre que nos installations de recherche et notre savoir-faire peuvent concurrencer les instituts de recherche les plus importants au monde. »