Le détecteur de neutrinos Daya Bay, en Chine. © Roy Kaltschmidt, Lawrence Berkeley National Laboratory / Wikipédia

Le 13 décembre 2019, le Cabinet du Japon a donné son autorisation pour une expérience à 600 millions de dollars nommée Hyper-Kamiokande. Les scientifiques espèrent que cela amènera à des découvertes révolutionnaires sur les neutrinos, des particules élémentaires neutres de masse infime.

Un projet extrêmement coûteux

Bien que le gouvernement japonais n’ait pas encore fait d’annonce officielle à propos de son approbation, plusieurs scientifiques ont déclaré à Nature que le Cabinet du pays avait approuvé la première tranche de 22 millions de dollars pour la construction en tant que part d’un budget supplémentaire pour l’année financière actuelle, qui se termine en mars. Le budget devra ensuite être approuvé par le Parlement, ce qui devrait arriver le mois prochain selon les physiciens japonais. 

Le physicien Masato Shiozawa, spécialiste des neutrinos de l’université de Tokyo et co-leader du projet, explique que la construction devrait coûter environ 600 millions de dollars. Un supplément de 7,3 millions de yens sera par la suite requis pour les mises à jour de l’accélérateur J-PARC (qui se situe à 300 kilomètres de là) d’où sera produit le rayon de neutrinos. 

Le Japon couvrira 75 % des fonds totaux du projet, tandis que les 25 % restants seront financés par des partenaires internationaux. Plusieurs autres pays, tels que le Royaume-Uni et le Canada, seront impliqués dans le projet, bien que la taille de leur participation financière n’ait pas encore été définie.

Une construction imposante 

L’Hyper-Kamiokande sera l’une des trois expériences majeures en neutrinos à commencer dans les années à venir. Il sera construit comme un grand réservoir en forme de tambour de 71 mètres de profondeur et 68 mètres de largeur à l’intérieur d’une gigantesque caverne. Cette dernière sera creusée à côté de la mine de Kamioka, dans la ville d’Hida, à 8 kilomètres des installations actuelles afin d’éviter que les vibrations ne perturbent le détecteur d’ondes gravitationnelles KAGRA, qui est sur le point de commencer à fonctionner.

L’Hyper-Kamiokande détiendra 260 000 tonnes d’eau ultra-pure, soit plus de cinq fois la quantité de son prédécesseur, le Super-Kamiokande. Sa taille énorme lui permettra de détecter des nombres sans précédent de neutrinos produits par des sources variées, telles que le Soleil, les rayons cosmiques, les supernovas et les rayons produits artificiellement par les accélérateurs de particules. En plus de cela, il surveillera l’eau concernant la possible décroissance spontanée des protons dans les noyaux atomiques, ce qui serait une découverte révolutionnaire si c’était observé. 

De la même façon que dans le Super-Kamiokande, le tank d’eau à l’intérieur de l‘Hyper-K sera doublé de détecteurs de lumières sensibles nommés photomultiplicateurs. Ces derniers captureront les faibles éclairs émis lorsqu’un neutrino entre en collision avec un atome dans l’eau, provoquant la projection d’une particule chargée à grande vitesse. 

Une installation qui peut promettre des découvertes révolutionnaires

Les physiciens spécialistes des neutrinos espèrent que l’Hyper-K sera capable d’étudier les différences entre le comportement des neutrinos et de leurs homologues anti-matière, les antineutrinos. Un sujet qui avait été effleuré par le Super-K mais que l’Hyper-K devrait être capable de mesurer avec plus de précision.

La plus grande avancée que les physiciens peuvent espérer réaliser est concerne la désintégration des protons, qui n’a encore jamais été observée. Parce qu’il surveillera un volume d’eau beaucoup plus important que le Super-K, l’Hyper-K aura une bien meilleure chance d’observer ce phénomène. Et même s’il n’est pas capable de l’observer, cela nous permettra toujours de décupler la durée de vie moyenne du proton. 

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