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Télescope à rayons X et détection des neutrinos cosmiques

Gabrielle Bonnet

Gabrielle Bonnet

08/10/2002

Résumé

Le prix Nobel de physique 2002 a été attribué, pour moitié à Riccardo Giacconi, un américain d'origine italienne, pour ses travaux "qui ont conduit à la découverte des sources cosmiques de rayons X" et pour moitié aux chercheurs américain et japonais Raymond Davis Jr et Masatoshi Koshiba pour leurs travaux sur la détection des neutrinos cosmiques.


Riccardo Giacconi est considéré comme le père des premiers télescopes à rayons X.

Les rayons X ne se comportent pas vis-à-vis des miroirs comme le fait la lumière ordinaire. En effet, à cause de leur énergie élevée, des rayons X arrivant sur un miroir avec un faible angle d'incidence pénètrent à l'intérieur du miroir au lieu d'être simplement réfléchis. De ce fait, les télescopes à rayons X utilisent des miroirs disposés de telle sorte que les rayons X incidents soient quasiment rasants.

Le premier télescope à rayons X, créé sous la direction de Riccardo Giacconi, fut lancé dans l'espace en 1965. Depuis, d'importants progrès ont été accomplis : le satellite SAS-1 (aussi appelé "Uhuru", liberté en Swahili) fut lancé en 1970 depuis le Kenya et a permis de découvrir 339 objets célestes (restes de supernovae, étoiles à neutrons, amas de galaxies, systèmes binaires...) responsables d'émissions de rayons X, puis il y a eu, pour n'en citer que quelques-uns, l'observatoire HEAO-2 (aussi appelé "Einstein"), le ROSAT en 1990 qui a agrandi le cercle des sources de rayons X connues à 60.000 entités, le XMM de l'Agence Spatiale Européenne et l'observatoire Chandra de la NASA, tous 2 lancés en 1999...

Ainsi, en 35 ans environ, les performances des télescopes à rayons X ont été améliorées 100 millions de fois environ.

Les travaux de Davis et Koshiba, quant à eux, ont constitué des avancées majeures dans le domaine de la détection des neutrinos cosmiques.

D'après le modèle standard, les particules élémentaires se décomposent en différentes catégories : les quarks, qui participent à toutes les interactions, les leptons qui ne participent pas à l'interaction forte, et les bosons vecteurs des différentes interactions.

Les neutrinos -objets des travaux de Roger Davis Jr et Masatoshi Koshiba- sont des leptons neutres, de masse très faible inconnue, peut-être nulle. Leur existence a d'abord été postulée par Pauli en 1930. Très communs dans l'univers (il y a plus de 100 fois plus de neutrinos que de nucléons, et le flux de neutrinos est de l'ordre de 100 millions de neutrinos par millimètre carré et par seconde!), ils sont aussi très difficiles à détecter : il a fallu attendre 25 ans et les travaux de Reines en 1955 pour obtenir la première preuve expérimentale de leur existence.

Les travaux de Davis, utilisant des réservoirs de 615 tonnes de tétrachloroéthène à 1,5 kilomètres de profondeur, ont permis de détecter 2000 neutrinos en 30 ans.

Le projet SuperKamiokande, fondé par Masatoshi Koshiba, qui fait intervenir 55000 tonnes d'eau, à 1 kilomètre de profondeur, quant à lui, permet de détecter 5 à 6 neutrinos par jour. C'est ainsi qu'il a été possible, en 1987, de détecter des neutrinos (12 seulement des 10^16 qui sont passés par les détecteurs) issus de l'explosion de la supernova SN1987A.

Tous ces résultats ont permis des avancées en astrophysique ainsi que dans la compréhension des propriétés des neutrinos et suggèrent que des modifications du modèle standard seront peut-être nécessaires pour rendre compte de ces propriétés.