Super-Kamiokande
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L'expérience Super-Kamiokande, situé au Japon près de la ville de Mozumi, consiste en un immense cylindre de 40m de haut et 40m de diamètre rempli de plus de 50 000 tonnes d'eau ! Son emplacement dans une mine, en-dessous d'une montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique,...), lui fournit une bonne protection au bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une...) que constitue les rayons cosmiques (en majorité des muons au niveau du sol) qui sont arrêtés par cette grande quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.). Le but de cette expérience est d'étudier des particules élémentaires appelés neutrinos et les oscillations qui les gouvernent. En 1987, l'expérience précurseuse Kamiokande s'était mise en évidence par la détection de neutrinos provenant de l'explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette...) d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) (la supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre,...) 1987A, SN1987A), confirmant de façon magistrale la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une...) gouvernant les explosions de supernovae. Son nom provient de Kamioka, le village (Un village est, à la campagne ou à la montagne, un ensemble d'habitations, de bâtiments à usages divers, de fermes... de proportion modérée (quelque dizaines de bâtiments)) montagnard où se situe l'expérience, et de NDE, signifiant tour à tour Nucleon Decay Experiment (expérience de désintégration du nucléon) puis Neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.) Detection Experiment (expérience de détection du neutrino). Pour l'anecdote, ce changement de nom intervint seulement quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) avant cette explosion, tel un clin d'oeil du destin.

Fonctionnement

Ces particules ont la particularité de très peu interagir avec la 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 liquide, l'état...). C'est pourquoi une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre...) de matière est nécessaire pour permettre de les détecter efficacement. Ainsi, 50 000 tonnes d'eau purifiée constituent la cible de ce détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel...). Le neutrino va interagir avec un nucléon (Le terme nucléon désigne de façon générique les composants du noyau atomique, i.e. les protons et les neutrons qui sont tous deux des baryons. Le nombre de nucléons par atome est...) du noyau d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.). Un nucléon et un lepton (Un lepton est une particule élémentaire qui n'est sensible qu'à l'interaction électrofaible et à la gravitation. Le terme lepton provient du mot grec...) seront produits selon une désintégration β. Ce dernier correspondra au type de neutrino incident. S'agissant d'une particule chargée allant plus vite que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) dans l'eau, il produira un cône de lumière Çérenkov qui donnera des informations sur l'énergie, le type et la direction du neutrino incident. Cette lumière sera recueillie par des Tubes Photo-Multiplicateurs (PMT) qui amplifieront ce signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis...) et le transformeront en signal électrique.

Résultats

C'est en 1998 que Super-Kamiokande (L'expérience Super-Kamiokande, situé au Japon près de la ville de Mozumi, consiste en un immense cylindre de 40m de haut et 40m de diamètre...) acquit sa renommée internationale en prouvant le phénomène d'oscillation du neutrino, et donc que ces particules possèdent une masse non nulle. Les neutrinos créés dans le 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 type...) changent de nature en se propageant jusqu'à la 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 la plus massive des...). C'est d'ailleurs pour cette découverte que Masatoshi Koshiba reçut le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du...) 2002. Jusqu'en 2005, ce détecteur constituait un élément de l'expérience K2K (K2K (pour KEK to Kamioka) est une expérience japonaise de physique des particules, qui concerne les neutrinos. KEK étant le centre de recherche de Tsukuba (nord-est de Tokyo) où les neutrinos muoniques sont créés et Kamioka est le nom de...) qui mesura plus précisément les paramètres d'oscillation de ces particules fantômes. Mais ce sont cette fois des neutrinos créés et donc contrôlés par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) grâce à un accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses...) qui furent étudiés.

Incident

A noter qu'en 2001, un incident provoqua l'explosion de la moitié des PMTs de l'expérience (soit plus de 5000). Des échaffaudages placés dans le détecteur vidé pour nettoyer les parois avaient provoqué une fragilisation du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est...) d'un PMT. Lorsque l'on remplit de nouveau le détecteur, à 20m de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) d'eau au-dessus de lui, ce dernier implosa. L'onde de choc (Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à l'idée d'une transition brutale. Elle peut prendre la forme d'une vague de haute pression, et elle est alors souvent créée...) provoqua la casse de tous les PMTs qui étaient sous le niveau de l'eau, une vraie catastrophe (Une catastrophe est un événement brutal, d'origine naturelle ou humaine, ayant généralement la mort et la destruction à grande échelle pour conséquence.) pour l'expérience. Par la suite, on redisposa les PMTs survivants dans le cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée génératrice, passant par un point variable décrivant une courbe plane fermée (c), appelée courbe directrice et...) mais en se contentant d'une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de détection deux fois plus faible (20% de la surface totale au lieu de 40%). Aujourd'hui, en juin 2006, la couverture initiale du détecteur en PMTs a été rétablie, ouvrant ainsi la troisième période d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de l'expérience. Elle servira également de détecteur lointain à l'expérience à faisceau de neutrinos T2K, qui débutera en 2009.

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