Le premier laboratoire international des deux infinis est né

04/07/2021 à 08:00 CEST

Aujourd’hui, le premier laboratoire de recherche international est présenté au Japon pour se plonger simultanément dans la physique de l’infiniment grand et de l’infiniment petit, connu sous le nom de deux infinis.

Il s’agit d’une collaboration entre la France et le Japon pour renforcer les collaborations entre les deux pays axées sur la physique des deux extrêmes de l’univers et développer de nouveaux domaines de recherche communs.

La nouvelle institution scientifique s’appelle le Laboratoire international d’expériences d’astrophysique, de neutrinos et de cosmologie (ILANCE), le premier du genre au monde.

Sa création répond à un impératif de développement des connaissances scientifiques dans un domaine aussi stratégique que la connaissance de la matière et de l’énergie.

Comme l’explique le physicien français François, la physique a encore beaucoup à faire. Le problème actuel est que la connaissance progresse de manière asymptotique dans le domaine des deux extrêmes, le petit et le grand.

Il ajoute que, dans la connaissance actuelle de l’Univers, il y a des énigmes fantastiques à résoudre qui nécessitent l’approximation des deux infinis. ILANCE représente le premier pas international dans cette direction.

ILANCE étudiera la plupart des domaines de la physique subatomique, tels que la physique des particules du modèle standard et au-delà, les neutrinos, les astroparticules et la cosmologie, les ondes gravitationnelles, la structure nucléaire et le plasma de quarks.

Vous plongerez également dans la frontière de l’astrophysique, en abordant les principales questions de la cosmologie, que sont la matière noire et l’énergie, pour comprendre la composition de l’Univers et son évolution.

Pour le développement de cette recherche fondamentale, les efforts d’ILANCE se concentreront sur cinq disciplines stratégiques pour la physique des deux infinis.

Cible: neutrinos

Cible: neutrinosPremièrement, les neutrinos, qui peuvent détenir la clé de l’anomalie détectée par XENON1T, le détecteur le plus sensible au monde pour la recherche directe de matière noire. Cette anomalie pourrait altérer le modèle standard.

La collaboration franco-japonaise dans ce domaine se concentrera sur une recherche inédite du fond de neutrinos diffus de supernova (DSNB): il s’agit d’une population théorique de neutrinos (et d’antineutrinos) qui proviennent cumulativement de tous les événements de supernova survenus dans l’Univers.

La détection des neutrinos de supernova diffus nous permet d’étudier l’histoire de la formation des étoiles, un facteur clé de la cosmologie, de la nucléosynthèse et de l’évolution stellaire. De plus, il est essentiel de comprendre de nombreux aspects de l’univers actuel.

Pour le développement de cette recherche, le Japon remplacera l’actuel observatoire Super Kamiokande (Super-Kamioka Neutrino Detection Experiment) par le nouvel observateur de neutrinos Hyper-Kamiokande, d’un ordre de grandeur supérieur, auquel participent 13 pays de trois continents.

Hyper-Kamiokande ira de l’étude de la violation CP (qui peut expliquer pourquoi il y a plus de matière que d’antimatière dans l’univers), à la désintégration des protons, neutrinos atmosphériques et neutrinos d’origine astronomique.

Sujet connexe: Un puissant antineutrino extraterrestre détecté au pôle sud

L’univers primitif

Dans cette section, la collaboration franco-japonaise entend confirmer expérimentalement l’hypothèse d’une soudaine expansion de l’Univers à ses tout premiers âges (inflation cosmique) et mieux caractériser les processus qui les ont engendrés.

Pour cela, il sera soutenu par le projet LiteBIRD, une mission satellite de nouvelle génération qui vise à détecter la trace de l’onde gravitationnelle primordiale dans le fond cosmique micro-onde (CMB) et à tester les principaux modèles d’inflation de l’univers primitif.

L’univers primitif rassemble les temps les plus anciens de l’histoire de l’univers depuis le Big Bang, lorsque les étoiles, les galaxies, les amas et les planètes ne s’étaient pas encore formés.

L’inflation signale que l’univers a subi une période d’expansion rapide un instant après sa formation et fournit une explication convaincante pour les observations cosmologiques.

Vanucci explique que les atomes légers ont mis 370000 ans à se former après le Big Bang, puis que la matière a été structurée en galaxies et étoiles. Puis les planètes sont apparues, ajoutant les éléments les plus lourds produits dans les étoiles. L’ensemble de ce processus fera l’objet d’investigations chez ILANCE.

Matière noire et énergie

Matière noire et énergie C’est un autre champ stratégique de connaissances avancées: l’énergie noire est une forme d’énergie qui accélère l’expansion de l’univers, tandis que la matière noire, qui correspond à environ 85% de la matière de l’univers, n’émet pas de rayonnement électromagnétique, donc que nous ne connaît son existence que par les effets gravitationnels qu’il exerce sur la matière visible.

Un modèle cosmologique appelé Lambda-CDM explique la nature de ces deux composants et a été testé avec succès à l’aide de supercalculateurs.

La collaboration franco-japonaise approfondira ces connaissances à partir des données offertes par le télescope Subaru, le plus important de l’Observatoire astronomique national du Japon.

Installé à Hawaï, le télescope Subaru est un leader dans le domaine du visible et est à l’origine de nombreuses découvertes récentes. Par exemple, en 2019, il a joué un rôle clé dans la détection d’un groupe de protogalaxies composé de douze galaxies situées à plus de 13 milliards d’années-lumière de la Terre.

Cette découverte est considérée comme une grande découverte afin d’élargir les connaissances sur la première ère du début de l’univers, lorsque le cosmos n’avait que 800 millions d’années.

Ondes gravitationnelles

Ondes gravitationnellesLes ondes gravitationnelles sont des fluctuations générées dans la courbure de l’espace-temps, qui se propagent sous forme d’ondes à la vitesse de la lumière. Ces vagues se contractent et étirent tout sur leur passage.

La détection des ondes gravitationnelles constitue une nouvelle et importante validation de la théorie de la relativité générale, c’est pourquoi il existe actuellement différents projets d’observation des ondes gravitationnelles, tels que LIGO (États-Unis) ou Virgo (France et Italie), entre autres.

Pour approfondir ces connaissances, ILANCE s’appuiera sur le détecteur d’ondes gravitationnelles Kamioka (KAGRA), appartenant à l’Institut de recherche sur les rayons cosmiques (ICRR) de l’Université de Tokyo.

C’est le premier observatoire d’ondes gravitationnelles en Asie, le premier au monde à être construit sous terre, et le premier à utiliser des miroirs cryogéniques pour le détecter.

Physique des particules et détecteurs

Physique des particules et détecteursDans ce chapitre, ILANCE se propose d’étudier les propriétés du boson de Higgs avec le soutien de l’expérience ATLAS, l’un des sept détecteurs de particules construits sur le Large Hadron Collider (LHC), et l’International Linear Collider (ILC), un accélérateur électron-positon linéaire.

Le boson de Higgs, qui a nécessité 20 ans de travaux de recherche, a été observé pour la première fois en 2012 au LHC. Il sera probablement remplacé par un accélérateur encore plus grand qui pourrait être installé au Japon.

Un prix Nobel à la barre

Un prix Nobel à la barreMichel Gonin, directeur de recherche CNRS au Laboratoire Leprince Ringuet, est le directeur d’ILANCE, et le directeur adjoint est Takaaki Kajita, un physicien japonais connu pour ses expériences d’étude et d’analyse des neutrinos dans le Super-Kamiokande.

En 2015, il a reçu le prix Nobel de physique, avec le physicien canadien Arthur B. McDonald, pour avoir découvert la masse faible, mais non nulle, des neutrinos.

Pour les architectes d’ILANCE, ce lancement signifie que nous sommes à l’aube de très grands projets qui devraient répondre à des questions cruciales sur les deux infinis, l’Univers et la physique des particules, comme expliqué dans un communiqué.

Photo du haut. Crédit: ILANCE