L’observatoire de neutrinos souterrains Jiangmen (JUNO) a réussi à remplir son détecteur de scintillateur liquide de 20 000 tonnes et à avoir commencé les données mardi.
Après plus d’une décennie de préparation et de construction, Juno est le premier d’une nouvelle génération de très grandes expériences de neutrinos à atteindre ce stade.
Les cours d’essai initiaux montrent que les principaux indicateurs de performance de Juno ont répondu ou dépassé les attentes de conception. Cela permet à l’Observatoire de s’attaquer à l’une des principales questions ouvertes de cette décennie en physique des particules: l’ordre des masses de neutrinos – si le troisième état de masse (ν₃) est plus lourd que le second (ν₂).
« Compléter le remplissage du détecteur JUNO et démarrer les données prenant des notes une étape historique », a déclaré le professeur Wang Yifang, chercheur à l’Institut de physique de haute énergie (IHEP) de l’Académie chinoise des sciences et du porte-parole de Juno. « Pour la première fois, nous avons en opération un détecteur de cette échelle et de cette précision dédiés aux neutrinos. Juno nous permettra de répondre aux questions fondamentales sur la nature de la matière et de l’univers. »
Situé à 700 mètres sous terre près de Jiangmen City, dans la province du Guangdong du sud de la Chine, Juno détecte les antinéutrinos produits à 53 kilomètres par les centrales nucléaires de Taishan et de Yangjiang. Il mesure leur énergie avec une précision record.
Contrairement à d’autres approches, la détermination de Juno de l’ordre de masse n’est pas affectée par les propriétés de la Terre, permettant un résultat plus clair et plus précis. Juno améliorera également considérablement la précision de plusieurs paramètres clés des neutrinos et permettra des études de pointe des neutrinos du soleil, des supernovae, de l’atmosphère et de la Terre. Il ouvrira également de nouvelles fenêtres pour explorer la physique inconnue, y compris les recherches de neutrinos stériles et de désintégration des protons.
Proposé en 2008 et approuvé par l’Académie chinoise des sciences et la province du Guangdong en 2013, Juno a commencé la construction souterraine en 2015. L’installation du détecteur a commencé en décembre 2021 et a été achevée en décembre 2024, suivie d’un processus de remplissage progressif. Dans les 45 jours, l’équipe a rempli 60 000 tonnes d’eau ultra-cert Ils ont maintenu une incertitude en débit de débit inférieur à 0,5%, protégeant l’intégrité structurelle.
Au cours des six prochains mois, 20 000 tonnes de scintillateur liquide ont été remplies dans la sphère acrylique de 35,4 mètres de diamètre, déplaçant l’eau. Tout au long du processus, l’équipe répondait aux exigences strictes pour une pureté ultra-élevée, une transparence optique et une radioactivité extrêmement faible. En parallèle, la collaboration a mené le débogage, la mise en service et l’optimisation des détecteurs, permettant une transition transparente vers des opérations complètes à l’achèvement du remplissage.
Au cœur de Juno se trouve un détecteur central de sintillateur liquide avec une masse effective sans précédent de 20 000 tonnes, hébergée au centre d’une piscine d’eau de 44 mètres. Une ferme en acier inoxydable prend en charge la sphère acrylique de 35,4 mètres, le scintillateur, un total de 45 000 tubes photomultiplicateurs (PMT), l’électronique frontale, le câblage, les bobines de compensation anti-magnétique et les panneaux optiques. Ces PMT fonctionnent simultanément pour capturer la lumière de scintillation à partir des interactions des neutrinos et la convertir en signaux électriques.
« La construction de Juno a été un voyage de défis extraordinaires. Il a exigé non seulement de nouvelles idées et technologies, mais aussi des années de planification, de test et de persévérance minutieuses. Répondre aux exigences strictes de pureté, de stabilité et de sécurité a appelé à la dédicace de centaines d’ingénieurs et de techniciens. Leur travail d’équipe et leur intégrité ont transformé un design audacieux en un détecteur de fonction de fonctionnement, prêt à ouvrir une nouvelle fenêtre sur le monde des neutrinos », a déclaré Juno Chidice, MAIAOYan.
Juno est hébergé par l’IHEP et implique plus de 700 chercheurs de 74 institutions dans 17 pays et régions. « La réalisation historique que nous annonçons aujourd’hui est également le résultat de la coopération internationale assurée par de nombreux groupes de recherche en dehors de la Chine, en apportant à Juno leur expertise des précédentes configurations de scintillateur liquide. Université de Milano et Infn-Milano.
Juno est conçu pour une durée de vie scientifique pouvant aller jusqu’à 30 ans, avec un chemin de mise à niveau crédible vers une recherche mondiale de désintégration à double bêta neutrinore. Une telle mise à niveau sonderait l’échelle de masse de neutrinos absolue et testerait si les neutrinos sont des particules de majorana, abordant des questions fondamentales couvrant la physique des particules, l’astrophysique et la cosmologie, et façonnant profondément notre compréhension de l’univers.
