En quête de trois messagers du cosmos

CLAUDIO GIOVANNINI / AFP

Pour détecter des événements cosmiques infimes ou rares, les scientifiques recherchent d'autres messagers que les sources électromagnétiques. Avec des instruments couvrant des surfaces ou des volumes gigantesques…

Cet article est issu du magazine Les Indispensables de Sciences et Avenir n°209 daté avril/ juin 2022.

Détection des rayons cosmiques

Installé à l'ouest de l'Argentine, l'observatoire Pierre-Auger traque les particules à haute énergie venues du lointain cosmos. Ce sont le plus souvent des protons ou des noyaux lourds qui interagissent avec l'atmosphère à haute altitude, créant de nouvelles particules qui interagissent à leur tour, et ainsi de suite. Les 1.600 scintillateurs mesurent la lumière émise quand des particules interagissent avec l'eau de leurs gros réservoirs. Quatre détecteurs de rayonnement ultraviolet mesurent la fluorescence dans l'atmosphère à basse altitude (dôme). Ils sont complétés par trois télescopes qui observent la même chose en altitude. D'autres détecteurs, enfouis à grande profondeur, comptent les muons à haute énergie produits par l'averse de particules.

Détection des ondes gravitationnelles

On observe depuis 2015 ces ondes grâce à des interféromètres de Michelson géants (Ligo aux États-Unis, Virgo en Italie), qui possèdent deux bras perpendiculaires et de même longueur (trois ou quatre kilomètres). Le faisceau d'un laser est divisé en deux par un miroir semi-réfléchissant. Chacun voyage dans un bras, retraverse le miroir semi-réfléchissant et atteint le détecteur. Un dispositif dans chaque bras a au préalable fait rebondir le faisceau de manière que le parcours réel dans chaque bras mesure 1.200 kilomètres.

Sur le détecteur, se forment des franges liées aux interférences entre les faisceaux sortant des deux bras. L'arrivée d'une onde gravitationnelle déforme l'espace-temps : un bras devient plus court et l'autre s'allonge. Le signal du détecteur est modifié, ce qui permet de déterminer la source de l'onde gravitationnelle, voire de la localiser avec plusieurs observatoires.

Détection des neutrinos

Comme ces particules interagissent extrêmement rarement avec la matière, il faut scruter des volumes considérables de matériau pour observer le [...]

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