Fond cosmologique de neutrinos - Définition
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Neutrinos cosmologiques et nucléosynthèse primordiale
Le fond cosmologique de neutrinos exerce cependant une influence majeure sur l'expansion de l'univers dans les premiers milliers d'années qui suivent le Big Bang. En particulier, il détermine le taux d'expansion de l'univers lors de la nucléosynthèse primordiale et par suite joue un rôle dans l'abondance des éléments légers observée aujourd'hui. Ce type d'étude a ainsi permis de montrer qu'il existait trois familles de neutrinos, en anticipation des résultats plus directs obtenus au début des années 1990 au collisionneur LEP du CERN.
Détection directe du fond cosmologique de neutrinos
La détection directe du fond diffus cosmologique de neutrinos représente un défi technologique quasi insurmontable du fait de l'extrême faiblesse des interactions entre neutrinos et matière ordinaire. Parmi les méthodes réalistes envisagées, la plus prometteuse, quoique encore indirecte fait utilisation des rayons cosmiques d'ultra haute énergie (UHECR). Si une particule UHECR est un neutrino suffisamment énergétique (plus de 1021 électronvolts, soit une énergie macroscopique de l'ordre de l'énergie cinétique d'une balle de tennis propulsée à 200 km/h !), alors il est possible qu'elle interagisse avec un neutrino cosmologique pour former un boson Z. Celui-ci, instable et d'une durée de vie très courte, se désintègrera rapidement sous la forme d'une gerbe de particules élémentaires dont la composition résultera de la nature du boson Z initial. Cette gerbe de particules pourra alors être détectée sur Terre dans la haute atmosphère par les détecteurs d'UHECR tels que l'observatoire Pierre Auger. Les calculs indiquent que si l'interaction initiale entre l'UHECR et le neutrino cosmologique se produit à moins de 50 mégaparsecs de la Terre, alors la gerbe résultante, qui poursuivra sa route le long de la trajectoire initiale de l'UHECR, n'aura pas le temps de s'étaler sur une zone suffisamment large pour échapper aux détecteurs terrestres.
