Baby MIND, né au CERN, est prêt à déménager au Japon

Baby MIND en train d'être testé sur la ligne de faisceau T9 dans le hall d'expérimentation du Synchrotron à protons, dans la zone Est, en été 2017. (Image: Alain Blondel/University of Geneva)

Baby MIND, qui vient s'ajouter à la famille de détecteurs de neutrinos de la plateforme neutrino du CERN, est aujourd'hui prêt à partir au Japon et à commencer ainsi l'aventure expérimentale pour laquelle il a été conçu et construit. Le détecteur a été chargé dans les quatre conteneurs requis pour son transport les 17 et 18 octobre, et devrait arriver au Japon d'ici à mi-décembre.

Baby MIND est un prototype de 75 tonnes d'un futur détecteur de neutrinos en fer magnétisé, MIND (Magnetised Iron Neutrino Detector). Il est destiné à identifier précisément et à suivre les muons chargés positivement ou négativement, qui sont produits à la suite d'interactions des neutrinos muoniques de la ligne de faisceau du T2K (Tokai à Kamioka) avec la matière du détecteur de neutrinos de WAGASCI, au Japon. Plus l'identification des muons qui traversent le détecteur Baby MIND est précise, plus on aura de détails sur les neutrinos d'origine, ce qui contribuera à une compréhension plus précise du phénomène de l'oscillation des neutrinos*.

Le voyage des neutrinos muoniques commence au J-PARC, le complexe de recherche de l'accélérateur de protons japonais, à Tokai. Les neutrinos parcourent quelque 295 km avant d'arriver au détecteur Super-Kamiokande, à Kamioka. Pendant leur voyage, les neutrinos traversent le bâtiment du complexe de détecteurs proches, situé à 280 m en aval de la source, où sera mis en place l'ensemble de détecteurs WAGASCI et Baby MIND. Baby MIND servira à mesurer la vitesse et la charge des muons produits à la suite d'interactions de neutrinos avec la matière dans le détecteur WAGASCI. La trajectographie des muons sera l'occasion de tester notre capacité à déduire certaines caractéristiques importantes des neutrinos d'origine. Ce point est essentiel, car pour étudier les oscillations des neutrinos muoniques au cours de leur voyage de Tokai à Kamioka, il est essentiel de savoir à quelle fréquence et avec quelle intensité ils interagissent avec la matière.

Née des activités de développement de prototypes dans le cadre du projet AIDA et approuvée en décembre 2015 par la Commission de la recherche du CERN, la collaboration Baby MIND, qui regroupe le CERN, l'Université de Genève, l'Institut pour la recherche nucléaire de l'Académie des sciences de Russie et les universités de Glasgow, de Kyoto, de Sofia, de Tokyo, d'Uppsala et de Valence, s'est chargée de la conception, de la réalisation de prototypes, de la construction et des tests concernant ce détecteur. La phase de construction de l'aimant, qui a duré six mois, s'est terminée mi-février 2017, soit deux semaines avant l'échéance prévue.

Une fois assemblé, le détecteur Baby MIND a été testé pendant l'été 2017 sur la ligne de faisceau de la zone d'expérimentation du Synchrotron à protons, dans le hall Est. Ces tests ont montré que le détecteur était fonctionnel et prêt à être envoyé.

Baby MIND en train d'être testé sur la ligne de faisceau T9 dans le hall d'expérimentation du Synchrotron à protons, dans la zone Est, en été 2017. (Image: Alain Blondel/University of Geneva)

*Oscillations de neutrinos

Les neutrinos sont partout. Chaque seconde, nos corps sont traversés par plusieurs milliards de ces particules, qui proviennent du Soleil, de la Terre ou d'un autre endroit de notre galaxie. Pourtant, nous ne les remarquons pas. Malgré leur omniprésence dans le cosmos, les neutrinos sont extrêmement difficiles à étudier, parce qu'ils n'interagissent que très peu avec la matière. Pour cette raison, ils sont parmi les particules les moins bien connues du Modèle standard de la physique de particules.

Nous savons cependant qu'il existe trois « saveurs » de neutrino : électronique, muonique et tauique. Depuis leur première détection en 1956 et jusqu'à la fin des années 1990, on pensait que les neutrinos avaient une masse nulle, comme le prédisait le Modèle standard. Mais quelques années plus tard, l'expérience Super-Kamiokande, au Japon, puis l'Observatoire de neutrinos de Subdury, au Canada, ont démontré, chacun de son côté, que les neutrinos pouvaient spontanément changer de saveur, c'est-à-dire osciller. Ce phénomène ne peut se produire que si les neutrinos ont une masse, aussi infime soit-elle, et la probabilité qu'ils changent de saveur est proportionnelle à leurs différences de masse et à la distance qu'ils parcourent. Cette découverte de premier plan a été récompensée par le prix Nobel de physique 2015.