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Posté par Michel le Lundi 30/01/2006 à 00:00
Détecter les dimensions supplémentaires de l'Univers dans les glaces du Pôle Sud
Des universitaires américains pensent que les scientifiques pourraient bientôt avoir la preuve de l'existence de dimensions supplémentaires et d'autres prévisions exotiques de la théorie des cordes. Les premiers résultats d'un détecteur de neutrinos situé au Pôle Sud (Le pôle Sud est le point le plus au sud de la surface de la Terre, diamétralement opposé au pôle Nord. Il est situé sur le continent Antarctique.), nommé AMANDA, montrent que ces particules fantomatiques venues de l'espace pourraient servir de sondes vers un monde (Le mot monde peut désigner :) au-delà de nos trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) familières.

Seuls une douzaine de neutrinos de grande énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) ont été détectés jusqu'ici. Cependant, les capacités du successeur d'AMANDA, appelé IceCube, actuellement en construction, pourrait fournir les premières preuves de la théorie des cordes (La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions majeures de la physique théorique : fournir une description de la gravité quantique c'est-à-dire l'unification de la mécanique quantique...) et d'autres théories qui tentent de dépasser notre compréhension actuelle de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).


Détection de neutrino par AMANDA

Selon les chercheurs, les preuves viendraient de la façon dont les neutrinos interagissent avec d'autres formes de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...). "Pour trouver des indices qui supportent la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) des cordes et autres théories nouvelles, nous devons étudier comment la matière interagit à des énergies extrêmes", précise Luis Anchordoqui, un des auteurs de l'étude. "Les accélérateurs de particules construits sur Terre ne sont pas encore capables de produire ces énergies, mais la nature le fait sous la forme des neutrinos à haute énergie".

Dans les dernières décennies, de nouvelles théories se sont développées - comme la théorie des cordes, des dimensions supplémentaires et de la super symétrie - pour établir le lien entre les deux théories les plus abouties du 20ème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois...), la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la gravitation,...) et la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette dénomination s'oppose à celle de physique...). La mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...),...) quantique décrit trois des forces principales de la nature: l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ...), la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) forte (liaison des noyaux atomiques) et de la force faible (radioactivité). Elle reste, cependant, incompatible avec la relativité générale d'Einstein, qui est la description principale de la quatrième force, la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). Les scientifiques espèrent trouver une théorie unifiée pour fournir une description quantique de chacune des quatre forces.

Les clefs pour l'unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus Prolog des autres langages de programmation.), selon les scientifiques, se trouvent aux énergies extrêmes. Sur Terre, des accélérateurs de particules ont déjà produit des énergies pour lesquelles les forces électromagnétiques et les forces faibles ne sont plus distinguables. Les scientifiques pensent que la prochaine génération d'accélérateurs à plus hautes énergies permettra de montrer qu'il en est de même pour la force forte. Cependant pour "connecter" la gravitation aux trois autres forces, des énergies encore plus élevées sont nécessaires.

Selon Anchordoqui et son équipe, les sources extragalactiques peuvent servir d'accélérateur cosmique ultime ; les neutrinos en provenance de ces sources et percutant des protons peuvent libérer des énergies dans un domaine où les premières preuves de la théorie des cordes pourraient être révélées.

Les neutrinos sont des particules élémentaires similaires aux électrons, mais qui sont beaucoup moins massifs, ont une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) neutre, et qui interagissent à peine avec la matière. Ils sont parmi les particules les plus abondantes dans l'Univers ; chaque seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est...) des milliards d'entre eux traversent notre corps. La plupart des neutrinos qui atteignent la Terre sont des particules de basse énergie en provenance du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...).

AMANDA, financé par la NSF (National Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...) Foundation), tente de détecter des neutrinos tombant directement du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) ou pénétrant dans le détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la...) après avoir traversé la Terre. Les neutrinos interagissent tellement peu que certains peuvent réussir à traverser le globe terrestre entier sans dommage. Le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total n'est pas forcément...) de neutrinos "tombants" et "montants" est incertain ; cependant, à l'exception de certains effets exotiques, les proportions relatives de détection sont bien connues.

Les détecteurs d'AMANDA sont placés profondément dans la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de l'océan Austral (ou océan...). L'IceCube possède une conception semblable, à ceci près qu'il est pourvu d'environ six fois plus de détecteurs dans un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d'un kilomètre cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de...). Un neutrino entrant en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) avec des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) dans la glace émettra une brève lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) bleue indicatrice. Grâce aux détecteurs, les scientifiques pourront déterminer sa direction d'origine et son énergie.


Schéma de l'IceCube

Le point (Graphie) clé est ici que les scientifiques vont pouvoir comparer le nombre de neutrinos "montants" au nombre de neutrinos "descendants" en recherchant des irrégularités dans les détections ce qui permettra de mettre en évidence un effet exotique prédit par les nouvelles théories.

Selon celles-ci, leur proportion relative serait modifiée. Par exemple, l'existence de dimensions supplémentaires pourrait faire que des neutrinos créent des trous noirs microscopiques, qui s'évanouissent instantanément en produisant des pluies spectaculaires de particules dans l'atmosphère de la Terre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'atmosphère sèche est constituée de 78,11 % d'azote, 20,953 %...) et dans la calotte glaciaire. Ce phénomène augmenterait le nombre de détections de neutrinos "descendants". Dans le même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), la création des trous noirs ferait que les neutrinos "montants" seraient capturés par la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui...), réduisant ainsi le nombre de leurs détections. Le taux relatif de deux "types" de neutrinos fournirait la preuve de distorsions dans les propriétés des neutrinos qui sont prédites par les nouvelles théories.

Plus d'informations sur AMANDA et IceCube sont disponibles sur le site IceCube.

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Source: Northeastern University
Illustrations: Jodi Lamoureux & NSF
 
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