L’Observatoire de neutrinos de Sudbury

L’histoire de l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (Partie 3)

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11) Architecture souterraine

Excavation extrême

Inco Limitée, Sudbury

« Pendant plus de trois ans, nous, les mineurs, avons travaillé dans la partie la plus profonde de la mine Creighton. Nous avons dynamité, pelleté, puis retiré plus de 60 000 tonnes de roche afin de creuser la cavité qui abrite aujourd’hui le laboratoire neutrino.

Inco a élaboré une technologie d’excavation de pointe pour nous aider à accomplir notre travail. Après tout, nous creusions la plus grande cavité au monde située à cette profondeur! »

ONS

L’excavation de la cavité, à deux kilomètres (1,2 milles) sous la surface de la Terre, a nécessité une technologie de pointe.

12) Propre comme un sou neuf

Afin d’éviter la contamination durant cette expérience des plus délicates, non seulement exige-t-on des visiteurs qu’ils prennent une douche avant d’entrer dans l’Observatoire, mais on purifie aussi à des degrés inégalés l’eau ordinaire et l’eau lourde utilisées dans l’ONS. Le système de purification d’eau a été conçu par les physiciens de l’Université Carleton et construit par Sepratech, à Ottawa.

MSTC

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13) Un flotteur rempli d’eau

Une gigantesque spère

Le plus gros réservoir en acrylique au monde contient de l’eau lourde. Mesurant 12 mètres (39 pieds) de diamètre, cette sphère ne pouvait être descendue par le puits d’extraction de la mine. Les 125 panneaux préfabriqués ont donc dû être assemblés dans les profondeurs de la mine.

Des câbles tiennent la sphère en place, mais ils n’ont pas à soutenir tout le poids. Comme une immense baleine, le réservoir flotte dans un bain d’eau ordinaire, qui remplit la cavité.

ONS

On procède ici à l’inspection du réservoir en acrylique, servant à contenir l’eau lourde essentielle à l’expérience.

ONS

Le réservoir en acrylique est suspendu par des câbles métalliques enfilés dans des conduits fixés à la sphère. La tension de ces fils métalliques est surveillée continuellement et est ajustée automatiquement.

14) Voir la lumière

Garder un œil sur l’eau lourde

Les interactions des neutrinos dans l’eau lourde libèrent un électron qui se déplace si rapidement qu’il engendre un déploiement d’un cône lumineux semblable à celui du bang supersonique. Un dispositif appelé tube photomultiplicateur peut transformer cette lumière en un courant électrique.

Presque dix mille tubes photomultiplicateurs entourent le réservoir d’eau lourde à la recherche de ce petit éclair de lumière qui signale qu’un neutrino a été capté.

Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory

Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory

15) L’effet photoélectrique

Un pas de géant

Illustration Einstein

Connexion avec Einstein

Depuis plus d’un siècle, on sait que certains métaux émettent des électrons quand la lumière se reflète sur eux : plus la lumière brille, plus grand est le nombre d’électrons. Einstein a expliqué ce phénomène en représentant la lumière comme un rayon de particules, ou photons.

La conclusion d’Einstein appuyait la définition de la mécanique quantique. Cette théorie décrit les positions et les énergies sur de très faibles distances, où les événements sont déterminés par le hasard. Ironie du sort, Einstein est devenu un adversaire de cette théorie en déclarant que « Dieu ne joue pas aux dés avec l’Univers ».

Illustration : L’effet photoélectrique

16) Contrôle 1, 2, 3...

Au fur et à mesure qu’il se déplace dans le réservoir d’eau lourde, le dispositif de calibration au laser, ou balle à diffusion, émet un minuscule faisceau de lumière que tous les tubes photomultiplicateurs (TPM) enregistrent. Cet exercice aide les scientifiques à comprendre la transparence à la fois de l’eau lourde et du réservoir en acrylique. La balle à diffusion a été mise au point par des membres du Département de physique de l’Université Queen’s, à Kingston, en Ontario.

ONS

Peter Skensved, docteur en physique, de l’Université Århus, au Danemark, et un collaborateur de l’Université Queen’s, se prépare à calibrer les TPM (août 2000).

17) Touché !

Reconnaître un neutrino

Le cône lumineux déclenché par l’interaction de neutrinos est capté par un anneau de tubes photomultiplicateurs. Ceux-ci transmettent alors un signal à des banques informatiques qui numérisent et traitent l’information.

À l’aide de logiciels, les chercheurs décident si le captif est vraiment un neutrino. Après analyse approfondie, on détermine le nombre de neutrinos à la vanille et le nombre des autres neutrinos.

ONS

Dans la salle de contrôle du détecteur de l’ONS, les opérateurs surveillent l’acquisition de données et les systèmes électroniques tous les jours, 24 heures sur 24.

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Maints contrôles électroniques spécialement conçus pour les besoins surveillent les quelque 10 000 TPM. Ils transmettent les données enregistrées par les TPM sur les « événements » produits dans l’eau lourde, y compris les codes horaires précis, à l’ordinateur qui, lui, émet un signal sonore chaque fois qu’on estime avoir capté un neutrino.