La carte des neutrinos du monde expose l'activité nucléaire où qu'elle se produise

En ce qui concerne les découvertes utiles, le neutrino ne semblait pas prometteur. Ces particules fantomatiques sont produites par le soleil, par des éléments radioactifs et par des réacteurs nucléaires, à partir desquels elles s'élancent vers l'extérieur avec une charge nulle, presque aucune masse et une indifférence presque totale à la matière.

Cette toute première carte des émissions mondiales de neutrinos met en évidence les concentrations d'éléments radioactifs naturels et la fission nucléaire d'origine humaine.

La semaine dernière, les scientifiques ont publié une carte montrant à quoi ressemblerait le monde si nous pouvions voir tous les milliards et milliards de neutrinos qui émanent de la surface de la planète chaque seconde. Il s'avère que la nature incontrôlable des neutrinos est potentiellement mauvaise si vous essayez de cacher quelque chose qui se passe dans une centrale nucléaire, mais bonne si vous voulez surveiller les activités nucléaires d'autres personnes. Des points sombres sur la carte indiquent des réacteurs nucléaires et des parties de la croûte terrestre riches en uranium et thorium radioactifs, qui émettent des neutrinos lorsqu'ils se désintègrent.

La technologie permettant de détecter les traces de neutrinos insaisissables n'a cessé de s'améliorer depuis la première détection officielle en 1956 à l'installation nucléaire de Savannah River en Caroline du Sud. Alors que la plupart des détecteurs ont été construits dans le but d'étudier la nature et le comportement des neutrinos, les scientifiques commencent à envisager d'utiliser des détecteurs de neutrinos pour sonder l'intérieur de la Terre et surveiller les activités nucléaires.

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La carte, publiée en Rapports scientifiques sur la nature , a été créé à l'aide de signaux de neutrinos capturés dans deux détecteurs, l'un en Italie et l'autre au Japon, explique William McDonough, géophysicien à l'Université du Maryland et co-auteur de l'article. Le reste de la carte a été construit en utilisant des données sur la composition et la densité de la croûte terrestre et l'emplacement des réacteurs du monde.

Des taches sombres apparaissent autour des chaînes de montagnes où il y a beaucoup de désintégration radioactive naturelle, dit-il. L'Himalaya est responsable d'une tache sombre massive sur l'Asie du Sud. Certains des points noirs sont des réacteurs, en particulier autour de la France. (Techniquement, ceux des centrales nucléaires sont appelés antineutrinos - l'équivalent antimatière des neutrinos - mais les différences entre les deux types de particules sont encore en cours d'élaboration.)

Ce qui rend les neutrinos détectables, c'est le fait qu'ils sont nombreux. Les détecteurs utilisent des réservoirs d'huile minérale de la taille d'un immeuble d'appartements, à travers lesquels des billions de neutrinos passent sans obstruction chaque seconde. Mais de temps en temps, l'un d'eux frappe le noyau d'un atome d'hydrogène, annihilant un proton et laissant derrière lui d'autres particules - un positron et un neutron - qui enregistreront un signal.

Trouver des réacteurs clandestins n'est pas aussi important que surveiller des réacteurs connus, explique le physicien Patrick Huber de Virginia Tech. Les réacteurs dégagent de la chaleur qui peut être facilement détectée par des satellites sensibles à l'infrarouge. Nous savions où se trouvaient tous les réacteurs soviétiques, et maintenant nous savons où ils se trouvent en Russie et en Corée du Nord. Ce que nous ne savons pas toujours, c'est comment et quand ils sont utilisés.

Dans tout pays où les traités internationaux autorisent l'accès, dit Huber, de petits détecteurs de neutrinos de la taille d'un réfrigérateur pourraient être placés à proximité pour révéler si les réacteurs ont été allumés ou éteints de manière inattendue. De plus, dit-il, les neutrinos provenant de différentes sources ont une signature énergétique distincte, et cela peut être utilisé pour distinguer le plutonium de l'uranium, et éventuellement pour révéler si quelqu'un a détourné du plutonium d'un réacteur nucléaire.

Un énorme détecteur de neutrinos pourrait également s'avérer utile pour la surveillance mondiale, explique Lindley Winslow, un physicien des neutrinos au MIT qui ne faisait pas partie du groupe de cartographie. Il y a un méga-détecteur appelé Juno qui devrait démarrer en Chine en 2020, dit-elle, bien que cela vise principalement à répondre à des questions fondamentales sur la nature de l'univers. La différence entre les neutrinos et les antineutrinos pourrait expliquer pourquoi l'univers a produit plus de matière que d'antimatière, permettant ainsi au monde d'exister, dit-elle.

Ces grandes questions sur la nature de l'existence ont fait progresser la technologie de détection des neutrinos, dit Huber, mais il est heureux que cet effort puisse faire progresser la sécurité nucléaire. Lorsque vous devenez physicien des particules, vous supposez que ce que vous faites sera dans une tour d'ivoire… que tout sera de la science fondamentale sans applications pratiques, dit-il. Mais comme vous pouvez le voir, ce n'est pas tout à fait vrai.

Cette histoire a été mise à jour le 15 septembre pour corriger l'année et l'état de la première observation du neutrino.

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