Une nouvelle subvention permettra au PICASSO de franchir une autre étape dans la recherche de la matière sombre

Ces cylindres, explique Victor Zacek, contiennent des gouttelettes de fréon qui peuvent réagir à l’impact d’un neutralino. Ils prendront bientôt le chemin du Snolab, à Sudbury.

Une récente subvention accordée au Sudbury Neutrinos Observatory Laboratory (Snolab) permettra aux astrophysiciens du Département de physique regroupés au sein du Projet d’identification des candidats supersymétriques de la matière sombre (PICASSO) de franchir une autre étape dans la recherche des neutralinos, ces particules furtives qui composent 80 % de la matière sombre ou masse manquante.

La subvention, qui s’élève à huit millions de dollars, provient du gouvernement de l’Ontario et servira à l’aménagement de galeries à deux kilomètres sous terre dans la mine de cuivre de l’INCO à Sudbury. Le Snolab deviendra ainsi le plus grand et le plus profond laboratoire du monde adapté à ce type de recherche. Il sera également le plus «propre», c’est-à-dire le plus exempt de rayonnement cosmique.

Les nouvelles galeries abriteront notamment des détecteurs de neutralinos mis au point par les membres du PICASSO.

Des particules invisibles…

Les neutralinos sont des «particules exotiques» de charge électrique neutre dont la masse serait de quelques centaines de giga-électronvolts, c’est-à-dire entre 100 et 500 fois la masse d’un proton. Ces particules nous traversent continuellement sans qu’on s’en rende compte et traversent même la Terre de part en part sans dévier de leur trajectoire.

«Les neutralinos ont été formés lors du bigbang et ont produit des “nuages” qui ont donné naissance aux galaxies, explique Victor Zacek, directeur du PICASSO. L’hypothèse actuelle veut que les galaxies soient entourées d’une immense bulle de neutralinos qu’on ne voit pas mais dont on peut détecter la présence par leur interaction gravitationnelle.»

L’existence de ces particules, qui ne fait pas de doute dans l’esprit des physiciens, n’a jusqu’ici jamais été établie. Pour la démontrer, les chercheurs du PICASSO ont conçu des pièges à neutralinos, soit des cylindres d’environ 30 cm de hauteur emplis d’un gel polymérisé dans lequel des gouttelettes de fréon surchauffées sont maintenues en suspension. Le fréon contient du fluor, l’élément le plus susceptible de réagir à l’un des modes d’interaction des neutralinos. Si un neutralino frappe un noyau de fluor, la gouttelette se transformera en bulle de gaz et des micros ultrasensibles détecteront l’onde sonore produite par cette miniexplosion.

Pour être surs qu’ils ont affaire à une collision entre un neutralino et une gouttelette de fréon, les chercheurs doivent mettre ces détecteurs à l’abri du rayonnement cosmique, notamment les rayons gammas, les neutrons, les muons et les particules alphas issues de la désintégration de l’uranium, qui peuvent interagir avec les noyaux de fluor mais qui sont bloqués par la croute terrestre. C’est pour cette raison que les détecteurs sont installés dans des galeries profondes.

… et longues à se manifester

«Selon les modèles théoriques, nous nous attendons à un impact par jour par kilo de fréon», indique le professeur Zacek.

Quelques détecteurs, contenant 600 gr de fréon, sont déjà installés au Snolab depuis deux ans, mais ils n’ont pas encore enregistré d’impact de neutralino. Victor Zacek demeure quand même optimiste. En décembre prochain, les dizaines de détecteurs déjà prêts et entreposés au Laboratoire de physique des particules prendront le chemin de Sudbury. Au total, les chercheurs disposeront alors de trois kilos de fréon.

Et le projet ne s’arrêtera pas là puisque l’équipe du PICASSO prévoit continuer la fabrication de ces pièges pour atteindre 30 kg de fréon dans une prochaine étape et une tonne ultérieurement. Une telle quantité de fréon nécessitera un volume de 20 à 100 tonnes de gel réparties dans quelques centaines de cylindres.

Les membres du PICASSO viennent de cinq universités, soit l’UdeM, l’Université Queen’s, l’Université Laurentienne, l’Université de l’Alberta, l’Université d’Indiana et l’Université technique de Prague. En plus de ces établissements, l’Université de la Colombie-Britannique et l’Université de Guelph font également partie du consortium du Snolab.

Daniel Baril