Le diagramme montre les géoneutrinos de l'intérieur de la Terre mesurés par le détecteur Borexino, ce qui donne les spectres d'énergie finaux. L'axe des abscisses représente la charge (nombre de photoélectrons) du signal, qui est une mesure de l'énergie déposée dans le détecteur, et l'axe des y indique le nombre d'événements mesurés. Crédit : Collaboration Borexino
Les scientifiques impliqués dans la collaboration Borexino ont présenté de nouveaux résultats pour la mesure des neutrinos provenant de l'intérieur de la Terre. Les « particules fantômes » insaisissables interagissent rarement avec la matière, rendant leur détection difficile. Avec cette mise à jour, les chercheurs ont maintenant pu accéder à 53 événements, soit presque deux fois plus que dans l'analyse précédente des données du détecteur Borexino, qui est situé 1, 400 mètres sous la surface de la Terre dans le massif du Gran Sasso près de Rome. Les résultats fournissent un aperçu exclusif des processus et des conditions à l'intérieur de la terre qui restent déroutants à ce jour.
La terre brille, même s'il n'est pas du tout visible à l'œil nu. La raison en est les géoneutrinos, qui sont produits dans les processus de désintégration radioactive à l'intérieur de la Terre. Chaque seconde, environ un million de ces particules insaisissables pénètrent chaque centimètre carré de la surface de notre planète.
Le détecteur Borexino, situé dans le plus grand laboratoire souterrain du monde, les Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italie, est l'un des rares détecteurs au monde capable d'observer ces particules fantomatiques. Les chercheurs l'utilisent pour collecter des données sur les neutrinos depuis 2007, c'est-à-dire depuis plus de dix ans. D'ici 2019, ils ont pu enregistrer deux fois plus d'événements qu'au moment de la dernière analyse en 2015 et réduire l'incertitude des mesures de 27 à 18 pour cent, ce qui est également dû aux nouvelles méthodes d'analyse.
"Les géoneutrinos sont les seules traces directes de la désintégration radioactive qui se produisent à l'intérieur de la Terre, et qui produisent une part encore inconnue de l'énergie entraînant toute la dynamique de notre planète, " explique Livia Ludhova, l'un des deux actuels coordinateurs scientifiques de Borexino et chef du groupe neutrinos à l'Institut de physique nucléaire (IKP) du Forschungszentrum Jülich.
Vue à l'intérieur du détecteur Borexino. Crédit : Collaboration Borexino
Les chercheurs de la collaboration Borexino ont extrait, avec une signification statistique améliorée, le signal des géoneutrinos provenant du manteau terrestre qui se trouve sous la croûte terrestre en exploitant la contribution bien connue du manteau et de la croûte supérieurs de la Terre, ce qu'on appelle la lithosphère.
Le champ magnétique intense, l'activité volcanique incessante, le mouvement des plaques tectoniques, et convection du manteau :Les conditions à l'intérieur de la Terre sont à bien des égards uniques dans l'ensemble du système solaire. Les scientifiques discutent de la question de savoir d'où vient la chaleur interne de la Terre depuis plus de 200 ans.
« L'hypothèse qu'il n'y a plus de radioactivité en profondeur dans le manteau peut désormais être exclue pour la première fois au niveau de confiance de 99 %. Cela permet d'établir des limites inférieures pour les abondances d'uranium et de thorium dans le manteau terrestre, " dit Livia Ludhova.
Ces valeurs sont intéressantes pour de nombreux calculs de modèles terrestres différents. Par exemple, il est hautement probable (85 %) que les processus de désintégration radioactive à l'intérieur de la Terre génèrent plus de la moitié de la chaleur interne de la Terre, tandis que l'autre moitié est encore largement dérivée de la formation originale de la Terre. Les processus radioactifs sur Terre fournissent donc une part non négligeable de l'énergie qui alimente les volcans, tremblements de terre, et le champ magnétique terrestre.
La dernière parution en Phys. Rév. D présente non seulement les nouveaux résultats, mais explique également l'analyse d'une manière complète à la fois du point de vue de la physique et de la géologie, ce qui sera utile pour les détecteurs à scintillateur liquide de prochaine génération qui mesureront les géoneutrinos. Le prochain défi de la recherche sur les géoneutrinos est désormais de pouvoir mesurer les géoneutrinos du manteau terrestre avec une plus grande précision, peut-être avec des détecteurs répartis à différentes positions sur notre planète. L'un de ces détecteurs sera le détecteur JUNO en Chine où le groupe neutrino IKP est impliqué. Le détecteur sera 70 fois plus grand que Borexino, ce qui permet d'obtenir une signification statistique plus élevée dans un court laps de temps.
