Dans le premier les scientifiques

Pour la première fois, des chercheurs ont observé des neutrinos provenant du disque central de la Voie lactée.

Les neutrinos sont de minuscules particules profondément étranges qui peuvent pénétrer la matière avec des ondulations lumineuses. En raison du manque d’interaction, ils sont difficiles à détecter, mais ils promettent également de révéler de nouveaux secrets de l’univers. En particulier, les neutrinos de la Voie lactée peuvent aider les scientifiques à comprendre l’origine des particules de haute énergie appelées rayons cosmiques qui déclenchent la formation de neutrinos. Et parce que les neutrinos sont des particules en dehors du spectre électromagnétique, ils sont comme une nouvelle lentille indépendante de la lumière à travers laquelle étudier la structure de la galaxie, explique le physicien de l’Université Drexel Naoko Kurahashi Neilson, qui a inventé la nouvelle méthode qui a permis aux chercheurs. faire une découverte.

« Maintenant, pour la première fois, nous voyons notre galaxie autrement que par la lumière », déclare Kurahashi Neilson. L’équipe rapporte ses conclusions aujourd’hui dans le journal Science.

Les neutrinos peuvent être produits lorsque le rayonnement à haute énergie, qui constitue la majorité des rayons cosmiques, interagit avec la matière, créant des particules chargées appelées pions, qui produisent des neutrinos lorsqu’ils se désintègrent. On pense que ce processus émet en continu des neutrinos dans le disque baigné de rayons cosmiques dense en matière de la Voie lactée. Comme tous les neutrinos, les neutrinos du disque de la Voie lactée sont si insignifiants qu’ils sont fantomatiques : ils ont une charge neutre, une masse si petite que les scientifiques ne savent toujours pas exactement combien pèsent ces particules, et ils interagissent à peine avec la matière ou les champs électromagnétiques. champs avec du tout, même s’ils parcourent de longues distances à travers l’univers presque à la vitesse de la lumière. Cette absence d’interaction fait de l’étude des neutrinos une voie prometteuse pour étudier les rayons cosmiques qui les ont produits. De nombreux rayons cosmiques sont en fait des photons de très haute énergie, les rayons gamma, qui peuvent être absorbés par la matière interstellaire ou galactique lorsqu’ils voyagent dans l’espace. En revanche, les neutrinos sont comme une capsule temporelle de leur propre formation, avec peu ou pas de traces de leurs voyages ultérieurs, mais, espérons-le, des preuves persistantes qui éclaireront les chercheurs à la recherche des origines astrophysiques les plus profondes des rayons cosmiques, qui sont encore inconnues.

C’est là qu’intervient l’expérience IceCube. Au cours des 10 dernières années, un ensemble de minuscules sondes lumineuses forées dans la glace de l’Antarctique ont détecté des neutrinos en orbite autour de notre planète. IceCube est un véritable cube de ces capteurs, d’un kilomètre de long de chaque côté, et a été enfoncé de 1,5 à 2,5 kilomètres de profondeur dans la glace. Dans ce milieu translucide, les capteurs captent de minuscules éclairs de ce que l’on appelle le rayonnement Cherenkov, qui est produit lorsqu’un neutrino rare évanescent frappe la glace et crée une pluie de particules secondaires. Les physiciens peuvent également créer des neutrinos dans des accélérateurs de particules sur Terre pour soutenir leurs recherches, explique Anthony Ezeribe, physicien à l’Université de Sheffield en Angleterre, qui n’a pas participé au nouvel article. Certains neutrinos de l’espace oscillent à un niveau d’énergie plus élevé que ceux du laboratoire, ce qui rend leur physique importante à étudier.

IceCube avait déjà définitivement détecté des neutrinos provenant de l’extérieur de la Voie lactée, mais ne pouvait pas dire avec certitude que l’un d’entre eux provenait de l’intérieur de la galaxie, explique Francis Halzen, chercheur principal du projet et physicien à l’Université du Wisconsin. -Madison. C’était plutôt étrange, étant donné la proximité du disque de la Voie lactée (en fait, notre système solaire y est intégré) et la forte probabilité de neutrinos.

Cependant, le problème était l’emplacement. La plupart des neutrinos traversant IceCube sont des particules artisanales créées lorsque les rayons cosmiques frappent l’atmosphère terrestre. Ces neutrinos atmosphériques déclenchent le détecteur quelques milliers de fois par seconde, explique Stephen Sclafani, aujourd’hui chercheur postdoctoral à l’Université du Maryland qui a travaillé sur la collaboration IceCube alors qu’il était doctorant à Drexel. En comparaison, les neutrinos astrophysiques intéressants n’apparaissent qu’environ une fois par jour.

IceCube est situé dans l’hémisphère sud, et la majeure partie de la Terre filtre en fait une grande partie de ce bruit atmosphérique car il provient de la partie nord du ciel. Mais le disque de la Voie lactée se trouve également en grande partie dans le ciel de l’hémisphère sud, créant un environnement très bruyant – l’équivalent d’un son de cri dans un stade de football. L’avancée la plus importante de Kurahashi Neilson, Sclafani et leur équipe a été de trouver un moyen de filtrer tout ce bruit à l’aide de l’apprentissage automatique, ce qui est courant dans les logiciels de reconnaissance d’images aujourd’hui.

En analysant une décennie de données IceCube, ils ont d’abord exclu certains signaux appelés traînées, qui sont de longues traînées provenant de l’extérieur du détecteur. Les pistes sont utiles car elles ont une direction et un point de départ clairs, explique Kurahashi Neilson, mais bon nombre d’entre elles sont encore produites par des neutrinos atmosphériques. Pour capturer plus de neutrinos produits dans l’espace, lui et son équipe se sont concentrés sur un autre type de signal, appelé cascades, qui ressemble à une tache de lumière. Il est plus difficile de trouver un point de départ pour les cascades, dit Kurahashi Neilson, mais ce sont des signaux qui sont plus susceptibles d’être importants. « Nous pouvons en fait mieux voir le ciel du sud en utilisant des cascades au lieu de stries », ajoute-t-il.

Sclafani a développé un réseau de neurones profonds et l’a formé pour identifier les événements en cascade qui se sont produits profondément à l’intérieur du détecteur, ceux qui étaient les plus susceptibles d’être des neutrinos astrophysiques plutôt que des neutrinos atmosphériques. En laissant le réseau neuronal reconnaître ces modèles complexes de caractéristiques, les chercheurs ont pu extraire 30 fois plus d’événements prometteurs des données que les méthodes précédentes. Il aurait fallu environ 75 ans pour détecter ce nombre d’événements à l’ancienne, dit Sclafani.

« C’est un peu comme mettre des lunettes », explique Kathrin Valerius, physicienne à l’Institut de technologie de Karlsruhe en Allemagne, qui n’a pas participé à la nouvelle étude. « Tout semble beaucoup plus net avec l’apprentissage automatique. »

Les chercheurs ont ensuite pu comparer les données sur les neutrinos avec les données sur les rayons gamma à haute énergie de la Voie lactée pour voir qu’ils avaient la même origine, indiquant que ces neutrinos étaient le résultat de rayons cosmiques provenant de et autour de la région centrale de la voie Lactée. plaque.

« C’est comme un saut quantique de pouvoir dire que c’est enfin arrivé », déclare Valerius. « Il y a quelques années, les gens n’auraient pas pu imaginer que cela arriverait. »

À l’avenir, les chercheurs pourraient être en mesure de disséquer les données sur les neutrinos pour répondre à des questions de longue date, à savoir l’origine fondamentale des rayons cosmiques. Ils pourraient provenir de restes de supernova, de noyaux galactiques actifs ou de tout autre chose – ou peut-être, très probablement, d’une combinaison de toutes ces sources. Jusqu’à présent, il est impossible de dire si un neutrino particulier est produit à la source du rayon cosmique ou lors de son voyage dans l’espace, explique Luigi Antonio Fusco, physicien des astroparticules à l’Université de Salerne en Italie. Des études futures pourraient être en mesure de faire la distinction entre les deux scénarios, dit-il. « Cette émission est comme une brume à travers le plan galactique », explique Fusco. « Mais dans cette nébuleuse, nous devrions vraiment voir des sources ponctuelles individuelles, des émetteurs individuels, et ce serait encore une fois révolutionnaire. »

Les neutrinos pourraient également être exploités pour sonder la matière noire, la substance mystérieuse qui est invisible dans le spectre électromagnétique mais qui semble dominer gravitationnellement les galaxies et autres grandes structures cosmiques. Il est possible que des neutrinos se forment lors de collisions entre des particules de matière noire, explique Valerius. La détection de signaux anormaux de neutrinos peut conduire à une détection indirecte de matière noire.

« Chaque fois que tu regardes [something] d’une manière nouvelle, vous saisissez différentes choses », explique Kurahashi Neilson, « et vous êtes en mesure de construire une image plus complète de ce dont il s’agit. C’est très efficace et une toute nouvelle façon de regarder. »

The post Dans le premier, les scientifiques appeared first on Sirius News.

https://ift.tt/YjDevck