©b.RAjAU/CNRSphotothèqUe/IN2p3 ; j.-L.RobeRt/CNRSphotothèqUe n°250 I nOvEmbrE 2010 L’événement | 7 02 03 faible lui a longtemps conféré une dimension insaisissable. Aujourd’hui, on sait désormais que le neutrino, comme tous les constituants élémentaires de la matière, possède une masse non nulle et qu’il existe sous trois états différents ou saveurs, comme disent les physiciens : le neutrino électronique, muonique et tauique. Mais le neutrino est la seule particule élémentaire à pouvoir passer spontanément d’une saveur à l’autre au cours de son déplacement, un phénomène appelé oscillation. caLcuLer Le Troisième anGLe Depuis une dizaine d’années, les scientifiques savent que cette transformation dépend pour l’essentiel de trois paramètres. Dénommés angles de mélange, ceux-ci caractérisent la proportion respective de chacun des trois types de neutrinos à un instant donné : « Jusqu’à présent, seuls deux de ces angles ont pu être mesurés avec précision, et c’est le troisième de ces paramètres qui conditionne la transformation d’un neutrino électronique en un neutrino tauique ou muonique, que nous souhaitons désormais déterminer », commente Thierry Lasserre, qui dirige les équipes du CEA impliquées dans l’expérience. En parvenant à mesurer la valeur de ce troisième angle, Double Chooz permettrait ni plus ni moins de compléter le modèle standard de la physique des particules et ainsi d’expliquer l’existence de la matière noire, censée représenter un quart de la masse de l’Univers. Mais, à la différence des installations monumentales tel le Super-Kamiokande japonais de 40 mètres de haut sur 40 de large, qui permirent de mesurer les deux premiers angles de mélange, les deux détecteurs de Chooz ne chercheront pas à repérer les neutrinos issus de l’oscillation. Le dispositif français a opté pour une stratégie inverse en tentant de percevoir la disparition de neutrinos électroniques. L’expérience consistera à mesurer la transformation des neutrinos résultants de la fission nucléaire. Faute de pouvoir observer directement ces particules infimes, les chercheurs vont se focaliser sur le produit de la réaction entre les neutrinos électroniques en provenance du réacteur et les noyaux des atomes d’hydrogène emprisonnés au cœur du détecteur. Comme l’indique Hervé de Kerret, « cette réaction donne naissance à un neutron qui, en présence de gadolinium, sorte de dopant que nous injectons dans la cuve de détection, produit une grande quantité de lumière que nous sommes en mesure de détecter ». Pour pouvoir visualiser le phénomène, les scientifiques disposent de 400 photomultiplicateurs, sortes de puissants amplificateurs de lumière braqués en permanence sur la cuve de détection. Avant d’accéder à cet appareil de mesure, il faut pénétrer dans un tunnel creusé il y a plus de cinquante ans dans une colline rocheuse des bords de Meuse, sur le site même de la centrale nucléaire de Chooz. C’est là, sous 150 mètres de roches et à 1 kilomètre de distance des réacteurs nucléaires que le premier détecteur, qualifié de lointain, a été installé. Ce cylindre de 7 mètres de haut pour 7 mètres de diamètre se compose de quatre compartiments successifs imbriqués les uns dans les autres. Seule la cuve d’acrylique située au cœur du détecteur permettra de visualiser les neutrinos, les compartiments périphériques ayant pour fonction de faire un ProjeT inTernaTionaL 02 Passage en revue des 400 amplificateurs de lumière qui tapissent l’enceinte du détecteur de neutrinos. 03 Fermeture définitive du couvercle du détecteur. 114 physiciens et techniciens, originaires de France, d’Allemagne, du Brésil, d’Espagne, des États-Unis, du Japon, du Royaume-Uni et de Russie, participent au projet Double Chooz. obstacle aux éléments indésirables. « Avec un tel dispositif, souligne le chercheur du CNRS, on souhaite qu’aucune interaction de neutrinos n’ait lieu dans la cible sans pouvoir être repérée tout en évitant que les rayons cosmiques ou la radioactivité résiduelle ne viennent fausser les mesures. » En octobre, l’équipe de Double Chooz a franchi une étape décisive en commençant à remplir les cuves de diverses huiles minérales. « L’opération destinée à accroître le pouvoir de détection de l’appareil s’avère des plus délicates, puisqu’il faut déverser 240 m 3 de liquide à l’intérieur de compartiments constitués de matériaux très fragiles, le tout sous atmosphère parfaitement stable », indique Thierry Lasserre. Cette étape franchie, les premières détections devraient avoir lieu début 2011. insTaLLer Le seconD DéTecTeur Il faudra ensuite patienter deux années avant la mise en place du second détecteur. Qualifié de proche, cet appareillage scrupuleusement identique au détecteur lointain sera installé sous une colline située à seulement 400 mètres des réacteurs. Dès son entrée en fonction, les scientifiques pourront mesurer avec précision le nombre de neutrinos produits par le réacteur avant que ceux-ci n’aient eu le temps d’osciller : « Nous aurons alors accès à la quantité absolue de neutrinos électroniques disparaissant au cours du trajet entre les réacteurs et le détecteur situé à 1 kilomètre », poursuit le physicien du CEA. Si cette dernière n’est pas nulle, il sera envisageable de calculer pour la première fois le troisième angle de mélange des neutrinos. De façon plus pragmatique, Double Chooz testera aussi pour le compte de l’Agence internationale de l’énergie atomique l’efficacité d’une nouvelle méthode de lutte contre la prolifération nucléaire. Les détecteurs pourraient en effet permettre de déterminer la nature du combustible contenu dans un réacteur nucléaire et ainsi mesurer avec précision sa puissance thermique. 1.UnitéCNRS/CeA/UniversitéparisDiderot/observatoiredeparis. cOntActs : Astroparticule et cosmologie, Paris Hervé de Kerret > dekerret@apc.univ-paris7.fr Thierry Lasserre > thierry.lasserre@cea.fr