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Service d'astrophysique
Laboratoire AIM

 
Tokaï-Kamioka en une milliseconde : Les premiers neutrinos de T2K

Fin janvier 2010, au Japon, les détecteurs du projet Tokai to Superkamiokande (T2K, [ti:tu:kei]), développés à Saclay, ont observé leurs premiers neutrinos. Ces détecteurs sont constitués de deux grandes chambres permettant de reconstruire les traces de particules chargées et caractérisent le faisceau de neutrinos. Dans cette expérience, les neutrinos sont créés par un faisceau de protons issu de l'accélérateur de Tokai. Ces mêmes neutrinos sont mesurés 300 km plus loin, à Kamioka, dans une grande cuve d'eau de 40 m de diamètre et de hauteur, qui a précédemment servi à étudier les neutrinos provenant de l'interaction du rayonnement cosmique dans l'atmosphère et à prouver définitivement le phénomène d'oscillation (prix Nobel à Masatoshi Koshiba en 2002). Depuis, une première interaction de neutrinos en provenance de Tokai a été observée dès la fin février dans le détecteur de Kamioka, ce qui marque le début d'une phase très excitante sur la physique des neutrinos.

 

Le neutrino, une particule étonnante

 

Il existe trois types de neutrinos, selon que dans le modèle standard leur est associé l'électron, le muon ou le tau. Lorsqu'ils sont créés, ils sont d'un type bien établi, défini par la réaction qui les a générés comme la couleur d'une voiture est toujours la même suivant la chaîne de montage qui la fabrique. Par contre, en se déplaçant, ils sont susceptibles de changer de type comme si la couleur de notre voiture se modifiait lors de ses trajets. Ainsi l'expérience T2K tente de mesurer dans le détecteur SuperKamiokande situé à Kamioka, l'apparition de neutrinos électroniques dans le faisceau de neutrinos muoniques créé à Tokaï. Elle permettra d'explorer les propriétés des oscillations des neutrinos, dont les paramètres restent encore mal connus.

 

9m2 de mosaïque de détecteurs micromégas

 

Pour mettre en évidence ces oscillations, il est crucial d'analyser et de connaître  le plus parfaitement possible le faisceau de neutrinos muoniques produit par l'accélérateur 300 kilomètres en amont. Pour cela, on a installé près de l'accélérateur un dispositif qui permet d'en mesurer le flux, la composition et la direction. Dans ce « détecteur proche », les neutrinos interagissent dans des cibles épaisses, en produisant d'autres  particules dont les trajectoires sont mesurées. L'Irfu a contribué à cet appareil en développant des chambres à projection temporelles (Time projection chambers ou  TPC), les premières de cette taille à être équipées de détecteurs à microstructures (Micromegas). Des solutions de haute technologie ont été nécessaires pour assurer la mise en œuvre de plus de neuf mètre-carrés de détection et de 100 000 voies d'électronique. Des développements spécifiques - la nouvelle puce After et deux cartes électroniques - permettent de transmettre au système d'acquisition les signaux numérisés à travers un ensemble de 72 liens optiques à la vitesse d'un gigabit par seconde. 

 

Observation des effets d’une interaction d’un neutrino du faisceau dans le détecteur proche de T2K. On distingue les trajectoires des particules chargées produites dans la cible et détectées dans les trois TPC, indiquées par les volumes entourés de bleu.

1er neutrino observé à Super-Kamiokande

Avec les premières observations de neutrinos du faisceau en janvier, on peut dire aujourd'hui que l'expérience a réellement commencé sa prise de données. D'ailleurs, à la fin du mois de février 2010 les physiciens de T2K ont pu annoncer avoir vu dans le détecteur géant de Kamioka le premier neutrino produit à Tokai, à 300 kilomètres de là. La période d'exploitation de la physique peut alors commencer. Une première période de prise de donnée ira de février à juin 2010. Les premiers résultats de physique sont attendus avec impatience par la communauté internationale et devraient arriver en 2010.

 

 

Le premier événement de T2K vu dans le détecteur de Kamioka à 300 km du départ du faisceau. Les points correspondent à la détection de lumière Tcherenkov par un photomultiplicateur. Les deux cercles indiquent la production d’un л0 (signé par deux photons) parfaitement synchrone avec la détection de neutrinos produits à J-Parc. La présence de ce pion neutre unique est le résultat de l’intéraction d’un neutrino avec un proton de l’eau de la cuve.

 

 

Pour en savoir plus sur les trajectrographes


  

 

 

Contacts :

Alain DELBART(Sédi)

Marco ZITO  (SPP)

 

maj : 26-03-2010 (2766)

 

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