L'un des plus grands mystères de l'astrophysique de nos jours est une minuscule particule subatomique appelée neutrino, si petit qu'il traverse la matière - l'atmosphère, nos corps, la Terre même, sans détection.

Des physiciens du monde entier tentent depuis des décennies de détecter les neutrinos, qui bombardent constamment notre planète et qui sont plus légères que toutes les autres particules subatomiques connues. Les scientifiques espèrent qu'en capturant les neutrinos, ils peuvent les étudier et, avec un peu de chance, comprendre d'où ils viennent et ce qu'ils font.

Mais les tentatives existantes sont souvent coûteuses, et ratez toute une classe de neutrinos de haute énergie provenant de certaines des régions les plus éloignées de l'espace.

Une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue Lettres d'examen physique spectacles, pour la première fois, une expérience qui pourrait détecter cette classe de neutrinos à l'aide d'échos radar.

"Ces neutrinos sont des particules fondamentales que nous ne comprenons pas, " a déclaré Steven Prohira, auteur principal de l'étude et chercheur au Ohio State University Center for Cosmology and Astroparticle Physics. "Et les neutrinos à ultra haute énergie peuvent nous renseigner sur d'énormes parties de l'univers auxquelles nous ne pouvons pas vraiment accéder autrement. Nous devons trouver comment les étudier, et c'est ce que cette expérience essaie de faire."

L'étude repose sur un phénomène connu sous le nom de cascade. Les scientifiques pensent que les neutrinos se déplacent à travers la Terre presque à la vitesse de la lumière - des milliards d'entre eux vous traversent maintenant, pendant que vous lisez ceci.

Les neutrinos de plus haute énergie sont plus susceptibles d'entrer en collision avec des atomes. Ces collisions provoquent une cascade de particules chargées - "comme un jet géant, " dit Prohira. Et les cascades sont importantes :si les chercheurs peuvent détecter la cascade, ils peuvent détecter un neutrino. Les neutrinos de très haute énergie sont si rares que les scientifiques n'ont jusqu'à présent pas été en mesure de les détecter.

Les scientifiques ont découvert que les meilleurs endroits pour détecter les neutrinos se trouvent dans de grandes plaques de glace éloignées :les expériences sur les neutrinos les plus anciennes et les plus réussies se trouvent en Antarctique. Mais jusqu'à présent, ces expériences n'ont pas permis de détecter des neutrinos d'énergies plus élevées.

C'est là qu'intervient la recherche de Prohira :son équipe a montré, dans un laboratoire, qu'il est possible de détecter la cascade qui se produit lorsqu'un neutrino frappe un atome en faisant rebondir des ondes radio sur la traînée de particules chargées laissées par la cascade.

Pour cette étude, ils sont allés au SLAC National Accelerator Laboratory en Californie, installer une cible en plastique de 4 mètres de long pour simuler la glace en Antarctique, et a fait exploser la cible avec un milliard d'électrons emballés dans un tout petit groupe pour simuler les neutrinos. (L'énergie totale de ce paquet d'électrons, Prohira a dit, est similaire à l'énergie totale d'un neutrino de haute énergie.) Ensuite, ils ont transmis des ondes radio sur la cible en plastique pour voir si les ondes détecteraient effectivement une cascade. Ils l'ont fait.

Prohira a déclaré que la prochaine étape consiste à mener l'expérience en Antarctique, pour voir s'il peut détecter les neutrinos sur un grand volume de glace à distance là-bas.

Les ondes radio sont la technologie connue la moins chère pour détecter les neutrinos, il a dit, "Ce qui fait partie des raisons pour lesquelles c'est si excitant." Les ondes radio sont utilisées dans la recherche des neutrinos les plus énergétiques depuis environ 20 ans, dit Prohira. Cette technique radar pourrait être un outil de plus dans la boîte à outils des ondes radio pour les scientifiques souhaitant étudier les neutrinos à ultra haute énergie.

Et mieux comprendre les neutrinos pourrait nous aider à mieux comprendre notre galaxie et le reste de l'univers.

"Les neutrinos sont les seules particules connues qui se déplacent en ligne droite - ils traversent les choses, " dit-il. " Il n'y a pas d'autres particules qui font ça :la lumière est bloquée. D'autres particules chargées sont déviées dans les champs magnétiques."

Lorsqu'un neutrino est créé quelque part dans l'univers, il se déplace en ligne droite, inchangé.

"Cela renvoie directement à la chose qui l'a produit, " dit Prohira. " Alors, c'est un moyen pour nous d'identifier et d'en apprendre davantage sur ces processus extrêmement énergétiques dans l'univers."