L’Observatoire de neutrinos de Sudbury

L’histoire de l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (Partie 2)

7) Comment nous avons effectué l’expérience

Les intrus cosmiques

Un bouclier de roc solide

Des particules provenant du cosmos, appelées rayons cosmiques, bombardent sans cesse la Terre, inondant les neutrinos.

Voilà pourquoi le détecteur de l’ONS a été construit dans une mine, à deux kilomètres sous terre. Le bouclier rocheux réduit le plus possible l’accès des rayons cosmiques.

Par contre, ce bouclier protecteur n’a aucun effet sur les neutrinos; ces derniers atteignent l’ONS en nombre presque égal, le jour ou la nuit, puisqu’ils passent au travers de la Terre.

MSTC

8) Dresser le piège

L’ONS capte des neutrinos dans l’eau lourde

Le secret de la réussite de l’ONS se cache dans l’utilisation d’eau lourde, qui contient un neutron additionnel dans chaque noyau d’hydrogène. Chacune des trois saveurs de neutrino peut rompre le noyau, laissant s’échapper le proton et le neutron. Cependant,
seul le neutrino-électron, soit le neutrino « à la vanille », peut transformer ce neutron en un proton et électron. Et le détecteur de l’ONS permet de faire la différence entre ces deux réactions.

Voilà comment l’ONS peut distinguer les neutrinos
à la vanille de ceux aux deux autres saveurs.

L’électron-neutrino entre en collision avec un noyau d’hydrogène lourd, contenant un neutron et un proton, libérant ainsi deux protons et un électron. L’électron provoque un petit éclair de lumière de forme conique.

9) L’eau lourde

Dans la molécule d’eau lourde, observez le neutron dans le noyau d’hydrogène lourd (deutérium).

Pourquoi construire cet observatoire au Canada ?

Inco Limitée, Sudbury

Photo : Inco

Dans le Bouclier canadien, à Sudbury plus précisément, nous avons déjà une mine profonde, la mine Creighton, de Inco. Si la production de nickel constitue la fonction première de cette mine, c’est la détection de neutrinos qui l’a rendue célèbre dans le monde entier.

Énergie atomique du Canada limitée

Photo : CANDU

Grâce à la technologie utilisée pour le réacteur à eau lourde CANDU et l’expertise que nous avons acquise dans ce domaine, l’ONS a accès à des quantités abondantes d’eau lourde pour mener son expérience.

Nous pouvons compter sur des scientifiques qualifiés, et nous bénéficions d’institutions qui appuient la recherche fondamentale.

ONS

Walter Davidson (à gauche), docteur en physique, Conseil national de recherches, et l’un des membres fondateurs du projet, ainsi que John MacDougall, ancien député de Temiskaming, et l’un des premiers défenseurs de l’ONS

Queen's University

Arthur McDonald, docteur en physique, Université Queen’s, directeur de l’Institut de l’ONS

ONS

Doug Hallman, docteur en physique, Université Laurentienne, directeur des communications à l’ONS

ONS

David Sinclair, docteur en physique, Université Carleton, directeur adjoint de l’ONS

10) La grande embuscade

Se cacher, épier et attendre

Pour capter les neutrinos solaires, on a construit un piège contenant une énorme quantité d’eau lourde dans une cavité souterraine, dont la hauteur serait celle d’un immeuble de dix étages. Cette eau lourde a été suspendue dans une gigantesque sphère transparente afin de permettre à des « yeux » électroniques, appelés tubes photomultiplicateurs, d’observer toute trace de lumière.

Les matériaux servant à la construction du détecteur et l’emplacement même de celui-ci ont été purifiés selon de nouvelles normes. Le laboratoire a ensuite été scellé, et alors a commencé l’attente de l’événement le plus improbable dans la nature: l’interaction d’un neutrino.

ONS

Un neutrino solaire est « capté » lorsqu’il heurte une molécule d’eau lourde. Il se produit alors un petit éclair de lumière qui est détecté par les tubes photosensibles. Une telle collision se produit une fois toutes les deux heures environ.