Il a déjà vécu dans deux pays différents, et le voilà en partance pour un troisième. Cette machine, la plus grande du genre, a été conçue pour détecter des particules extrêmement difficiles à saisir et nous permettre de mieux les connaître. Certaines des expériences scientifiques les plus avancées au monde reposent sur sa technologie de pointe. Cet été, il traversera l'océan Atlantique pour rejoindre son nouveau port d'attache (où l'attend sa prochaine mission), le Laboratoire national de l'accélérateur Fermi du département de l'Énergie des États-Unis.
Il s'appelle ICARUS, et vous pouvez suivre son périple terrestre et maritime grâce à une carte interactive consultable sur le site web du Fermilab(
Le détecteur mesure 18 mètres de long et pèse 120 tonnes. Sa vie scientifique a débuté en 2010, sous une montagne, en Italie, au Laboratoire national du Gran Sasso de l'Institut italien de physique nucléaire (INFN1), lorsqu'il enregistra des données provenant d'un faisceau de particules - des neutrinos - envoyé depuis le CERN2, le plus grand laboratoire européen de recherche en physique des particules. En 2014, ICARUS a été transféré au CERN pour y être amélioré et rénové en prévision de sa longue croisière.
Une fois arrivée au Fermilab, l'énorme machine s'intégrera à un ensemble de trois détecteurs consacrés à la recherche d'un nouveau type de neutrino, susceptible de venir s'ajouter aux trois types déjà connus. La découverte de ce neutrino dit « stérile », s'il existe, modifierait la manière dont les scientifiques représentent l'Univers et les particules qui le constituent.
« Déterminer si les neutrinos stériles existent ou non est un objectif scientifique important qu'ICARUS nous aidera à atteindre, a déclaré Nigel Lockyer, directeur du Fermilab. C'est également une étape importante vers la mise en place au Fermilab d'une installation neutrino véritablement internationale, avec l'aide de nos partenaires du monde entier. »
Pour commencer, le détecteur doit arriver à bon port. La semaine prochaine, il quittera le CERN à Genève, en Suisse, pour faire escale à Anvers, en Belgique. Le détecteur, scindé en deux parties identiques, voyagera alors à bord d'un bateau à destination de Burns Harbor, dans l'État d'Indiana, aux États-Unis. Chaque partie sera ensuite transportée par camion jusqu'au Fermilab. L'expédition devrait durer environ six semaines.
Une carte interactive consultable sur le site web du Fermilab (IcarusTrip.fnal.gov(link is external)) permettra de suivre le déplacement du détecteur ICARUS, et les réseaux sociaux du Fermilab, du CERN et de l'INFN rendront compte de l'événement au moyen du hashtag #IcarusTrip. Le détecteur arborera une bannière et les témoins du périple sont encouragés à prendre des photos et à les publier sur les réseaux sociaux.
Dès son arrivée au Fermilab, ICARUS sera installé dans un bâtiment achevé récemment et sera rempli de 760 tonnes d'argon liquide pur afin de pouvoir commencer sa recherche de neutrinos stériles.
L'expérience ICARUS est un brillant exemple du caractère international que revêt la physique des particules et de la coopération équitable et mutuellement profitable qui existe à l'échelle mondiale entre les laboratoires de physique. Le détecteur utilise une technologie de projection temporelle à argon liquide, permettant d'enregistrer une image 3D des particules produites lorsqu'un neutrino interagit avec un atome d'argon. Cette technologie, qui a été mise au point par la collaboration ICARUS, est celle qui a été retenue pour l'expérience neutrino souterraine internationale DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), qui sera hébergée au Fermilab.
« Il y a plus de 25 ans, le prix Nobel Carlo Rubbia décida, dans une démarche visionnaire et avec l'aide et les ressources de l'INFN, d'utiliser de l'argon liquide comme détecteur de particules, réunissant la puissance visuelle d'une chambre à bulles et la rapidité et l'efficacité d'un détecteur électronique, a commenté le président de l'INFN, Fernando Ferroni. De nombreuses étapes sont venues démontrer le potentiel de cette technologie qui a été choisie pour DUNE, l'expérience à très grande échelle qui sera prochainement menée aux États-Unis et qui, avec ses 70 000 tonnes d'argon, dépassera largement les 760 tonnes nécessaires pour ICARUS. En attendant, au coeur d'une expérience du Fermilab, ICARUS tentera de déterminer l'existence d'un nouveau type de neutrino. Longue vie à ICARUS ! »
Le CERN, qui a contribué à ICARUS en dotant le détecteur des techniques les plus modernes, a ainsi élargi sa participation au programme neutrino du Fermilab. C'est le premier programme de ce genre auquel participe le Laboratoire aux États-Unis. Le Fermilab, pour sa part, centralise la participation américaine à l'expérience CMS au Grand collisionneur de hadrons du CERN ; le partenariat entre les laboratoires n'a jamais été aussi fort.
« Nous sommes très heureux et fiers que le CERN ait pu contribuer à la rénovation du détecteur ICARUS et nous attendons avec impatience les premiers résultats du programme neutrino courte distance, au cours des prochaines années », a déclaré la directrice générale du CERN, Fabiola Gianotti.
Au Fermilab, ICARUS sera le plus grand des trois détecteurs de neutrinos à argon liquide à rechercher des neutrinos stériles. Le plus petit, MicroBooNE, est actif et enregistre des données depuis plus d'un an, alors que le troisième, le détecteur de neutrinos courte distance, est en cours de construction. D'ici à 2019, les trois détecteurs, dont les collaborations respectives regroupent des scientifiques provenant de 45 instituts de six pays, devraient tous être opérationnels.
Les connaissances acquises grâce à l'exploitation des trois détecteurs à argon liquide seront importantes pour la mise au point de l'expérience neutrino DUNE, la plus grande jamais construite. L'installation neutrino longue distance (LBNF) fournira un faisceau intense de neutrinos à DUNE, qui enverra des particules à travers l'écorce terrestre vers un immense détecteur situé à quelque 1 300 km du Fermilab, à la Sanford Underground Research Facility, dans le Dakota du Sud. Grâce à DUNE, la science des neutrinos va entrer dans une nouvelle ère de précision et pourrait révolutionner notre compréhension de ces particules et de leur rôle dans l'Univers.
La recherche et le développement sur cette expérience est en bonne voie, puisque le prototype des détecteurs de DUNE est en cours de construction au CERN et qu'il est prévu que la construction de l'installation neutrino longue distance commence cette année dans le Dakota du Sud. Selon une étude menée par Anderson Economic Group, LLC, à la demande de Fermi Research Alliance LLC, un groupement universitaire en charge de la gestion du laboratoire pour le compte du département de l'Énergie des États-Unis, le projet devrait avoir d'importantes retombées positives sur l'économie et, notamment, sur le marché de l'emploi au Dakota du Sud.
Ces activités de recherche sont soutenues par le Bureau des sciences du département de l'Énergie des États-Unis3, le CERN et l'INFN, en partenariat avec des instituts du monde entier.
Suivez le voyage outre-mer du détecteur ICARUS via le site web IcarusTrip.fnal.gov. Participez à la campagne sur Facebook(link is external), Twitter(link is external) et Instagram(link is external) en utilisant le hashtag #IcarusTrip.
1L'Institut national italien de physique nucléaire (INFN) gère et soutient la recherche théorique et expérimentale dans les domaines de la physique subnucléaire, de la physique nucléaire et de l'astrophysique des particules en Italie, sous la supervision du ministère de l'Éducation, de l'Université et de la Recherche (MIUR). Les activités de recherche de l'INFN se déroulent dans quatre laboratoires nationaux, à Catane, à Frascati, à Legnaro et au Gran Sasso, et dans 20 divisions basées dans des départements universitaires de physique de différentes villes d'Italie. www.infn.it(link is external) et sur Twitter @UffComINFN.
2Le CERN, Organisation européenne pour la Recherche nucléaire, est l'un des plus éminents laboratoires de recherche en physique des particules du monde. Située de part et d'autre de la frontière franco-suisse, l'Organisation a son siège à Genève. Ses États membres sont les suivants : Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Israël, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République tchèque, Roumanie, Royaume-Uni, Slovaquie, Suède et Suisse. Chypre et la Serbie sont États membres associés en phase préalable à l'adhésion. L'Inde le Pakistan, la Turquie et l'Ukraine sont États membres associés. Les États-Unis d'Amérique, la Fédération de Russie, le Japon, le JINR, l'UNESCO et l'Union européenne ont actuellement le statut d'observateur.
3Le Bureau des sciences du ministère de l'Énergie des États-Unis (DOE) soutient la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis et s'attache à résoudre des problèmes cruciaux de notre temps. Pour plus d'informations, consultez le site science.energy.gov