Quand la science a la tête dans les étoiles (2)

[Pluton9]

Infrastructures de recherche : 5 sites hors norme

Juno renferme une sphère remplie de 20 000 tonnes d’un liquide qui doit émettre un flash quand un neutrino y réagit.

Taille colossale, budget imposant, collaboration internationale étendue… Ces cinq infrastructures dédiées à la physique poursuivent des objectifs scientifiques à la mesure de leur gigantisme  : pas moins que des révolutions.

Juno, le chasseur de neutrinos

Après 10 années de construction, l’observatoire souterrain de neutrinos de Jiangmen (Juno, pour Jiangmen Underground Neutrino Observatory), en Chine, est entré dans sa phase opérationnelle à la fin d’août 2025. Cet instrument est issu d’une collaboration internationale de plus de 700 scientifiques de 17 pays, dont des membres du CNRS.

Juno a pour mission de détecter et d’étudier sous toutes leurs coutures les neutrinos, les particules élémentaires les plus fugaces et insaisissables que l’on connaisse. Constitué d’une sphère de 35,4 mètres de diamètre enfouie à 700 mètres de profondeur, Juno vient compléter un arsenal d’observatoires dédiés à l’étude des neutrinos à travers le monde, dont KM3Net (voir ci-dessous).

Cern et LHC, rois de la physique des particules

Le solénoïde compact pour muons (CMS) identifie et mesure l’énergie et l’impulsion des particules émises par les collisions au sein du Large Hadron Collider (LHC) du Cern.

Créée en 1954 à l’initiative de 11 pays, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (ou Cern, acronyme du Conseil européen pour la recherche nucléaire qui la précéda) est un emblème de la réussite de la coopération scientifique internationale. Les scientifiques y ont découvert les bosons Z et W, en 1983, ainsi que le fameux boson de Higgs, en 2012, validant ainsi le modèle standard de la physique des particules.

Ces découvertes n’auraient pas pu avoir lieu sans les accélérateurs de particules, tel le LHC (Large Hadron Collider). Ce dernier, après plusieurs mises à niveau, a gagné en puissance et en luminosité. Mais, pour explorer encore plus loin la physique des hautes énergies, les milliers de scientifiques du Cern réfléchissent au successeur du LHC qui, pour le moment, répond au nom de Futur collisionneur circulaire (FCC). Celui-ci pourrait atteindre un diamètre de plus de 90 km, alors que le LHC ne mesure « que » 27 km.

KM3NeT, 200 000 capteurs sous la mer

Préparation de la mise à l’eau d’une ligne de détection de neutrinos de KM3NeT.

Pensé et réalisé par les Européens, le réseau KM3NeT (pour Cubic Kilometre Neutrino Telescope) se compose de deux observatoires sous-marins – l’un situé au large de Toulon, l’autre, de la Sicile – dédiés à l’étude et l’observation des neutrinos. À la différence de Juno, KM3NeT est constitué de dizaines de chapelets de détection ancrés au fond de la mer Méditerranée. Ce sont ces petites sphères, bardées de photomultiplicateurs, qui seront à même de détecter le passage de neutrinos à leur proximité.

Bien que l’installation des détecteurs ne soit pas terminée, KM3NeT a déjà réussi à détecter, en février 2023 (annonce à la presse le 12 février 2025), le neutrino le plus énergétique jamais enregistré. De bon augure pour le futur !

Vera C. Rubin, observatoire de l’énergie noire

Le LSST, la plus grande caméra numérique du monde, est installée à l’observatoire Vera C. Rubin.

Livré au printemps 2025, l’observatoire Vera C. Rubin a perçu ses premières lumières (premières images publiées le 25 juin). Ce télescope géant est perché à 2700 mètres d’altitude, sur une montagne du désert d’Atacama (Chili). Il est doté de trois miroirs dont l’un, le miroir primaire, dépasse 8 m de diamètre, permettant de photographier en haute définition d’énormes portions de ciel.

Même si l’observatoire Vera C. Rubin est issu d’une initiative américaine, certains de ses outils scientifiques ont été conçus par des pays tiers. Plusieurs éléments de l’appareil photonumérique LSST – le plus grand du monde –, en charge d’immortaliser le ciel chaque nuit, proviennent ainsi de laboratoires du CNRS. L’observatoire Vera C. Rubin photographiera l’intégralité du ciel austral tous les trois jours. Il a pour mission de percer les mystères de l’énergie noire et pourra même être sollicité dans l’étude de corps sombres, telle l’hypothétique Planète 9.

Ligo-Virgo-Kagra, un trio astronomique

Les deux bras de 3 km de l’interféromètre Virgo, près de Pise (Italie), traquent les ondes gravitationnelles.

Voilà 10 ans que les ondes gravitationnelles défraient la chronique. Grâce à la mise en service des interféromètres géants Ligo et Virgo, dans les années 2000, puis Kagra, en 2019, sur trois continents différents (Ligo aux États-Unis, Virgo en Italie, Kagra au Japon), les scientifiques sont désormais les témoins, via la perception des ondes gravitationnelles, d’un des phénomènes les plus énergétiques de l’Univers : la fusion de trous noirs.

Ces instruments permettent à la communauté scientifique mondiale de percevoir le cosmos sous un angle inédit, complémentaire des observations par les ondes électromagnétiques et les rayons cosmiques, signant ainsi l’avènement d’une nouvelle astronomie, appelée « multi-messager ». Mais la situation politique actuelle aux États-Unis pourrait compromettre le financement de certaines de ces infrastructures.

Source : https://lejournal.cnrs.fr/articles/infrastructures-de-recherche-2-5-sites-hors-norme