Les neutrinos terrestres entrent en scène

L'expérience KamLAND au Japon a détecté pour la première fois des neutrinos produits par des désintégrations radioactives se produisant dans les profondeurs de la Terre. L'expérience, qui se situe dans une mine souterraine profonde de 1000 mètres, a détecté des antineutrinos électroniques résultant de la désintégration bêta d'uranium-238 et de thorium-232, et a permis d'évaluer une limite supérieure à la valeur de la chaleur produite par ces processus. Si la précision des mesures peut encore être améliorée il sera peut être possible d'employer des "géoneutrinos" (neutrinos d'origine terrestre) pour sonder l'intérieur de la Terre.


Il est très difficile de détecter des neutrinos parce qu'ils sont électriquement neutres et interagissent très faiblement avec la matière, ce qui signifie qu'ils peuvent traverser des milliers de kilomètres de matière sans être absorbé. Le KamLAND (Kamioka Liquid scintillator ANtineutrino Detector) se compose d'un ballon d'un diamètre de 13 mètres qui contient environ 1000 tonnes de liquide scintillateur. Il identifie les antineutrinos en comptant le nombre de flashes de lumière qui sont produits quand ceux-ci heurtent de temps en temps des protons dans le liquide en produisant un positron et un neutron.

L'énergie du neutrino est déterminée à partir de la quantité de lumière produite par le positron, ce qui a permis à l'équipe du KamLAND de distinguer les neutrinos résultant de la désintégration de l'uranium et du thorium des bruits de fond. En utilisant cette méthode, l'expérience détecte environ un géoneutrino par mois. Les bruits de fond incluent les neutrinos produits par les réacteurs nucléaires, utilisés dans d'autres expériences explorant les propriétés fondamentales de ces particules.

Les résultats du KamLAND ont d'ores et déjà été utilisés pour déterminer une limite supérieure à la chaleur produite par l'uranium et le thorium à l'intérieur de la Terre. "A la différence des évaluations précédentes, qui sont basées sur les échantillons indirects provenant des météorites, cette évaluation s'appuie sur une mesure directe des neutrinos produits par la désintégration de ces isotopes," indique Nikolai Tolich, membre de l'équipe. "La chaleur produite par la désintégration de l'uranium et du thorium est la force d'entraînement des mouvement de convection du manteau, et par conséquent de la tectonique des plaques et des tremblements de terre. Ces résultats et de futures mesures utilisant la même technique fourniront des données essentielles pour les modèles de convection terrestre".

"Nous possédons désormais un outil de diagnostique pour analyser l'intérieur de la Terre ", ajoute Atsuto Suzuki, porte-parole des expériences au KamLAND. "Pour la première fois, nous pouvons dire que les neutrinos ont un intérêt pratique dans d'autres domaines de la science que la recherche fondamentale".