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Les «sept merveilles» de la physique des astroparticules

La communauté européenne de la physique des astroparticules a révélé les détails concernant ses «sept merveilles»: les sept principaux instruments de recherche qui, on l'espère, permettront aux chercheurs de répondre aux questions clé concernant la nature de l'univers. Ces s...

La communauté européenne de la physique des astroparticules a révélé les détails concernant ses «sept merveilles»: les sept principaux instruments de recherche qui, on l'espère, permettront aux chercheurs de répondre aux questions clé concernant la nature de l'univers. Ces sept instruments font partie de la nouvelle stratégie européenne pour la physique des astroparticules, lancée par le projet ASPERA (Astroparticle European Research Area), financée par l'UE. ASPERA rassemble 18 organismes nationaux de financement responsables de la physique des astroparticules dans 13 pays d'Europe. Le domaine récemment développé de la physique des astroparticules vise à détecter et à analyser la nature des particules qui composent notre univers, ainsi que leurs interactions les unes avec les autres. Dans ce domaine de recherche, l'astrophysique, la cosmologie et la physique des particules se rencontrent. Les physiciens des particules souhaitent explorer la nature de la matière noire, analyser les propriétés des neutrinos ainsi que leur rôle dans l'évolution cosmique, identifier l'origine des rayons cosmiques et comprendre le concept des ondes gravitationnelles. Des progrès notables ont été effectués en la matière, mais la résolution de grandes questions nécessite la construction d'infrastructures massives de recherche, trop onéreuses pour un seul pays. «Nous sommes au seuil de découvertes extraordinaires», commente Christian Spiering du DESY (le centre de recherche de synchrotron allemand à électrons), président du comité de la feuille de route. En tête de liste des instruments nécessaires aux physiciens se trouve le télescope Cherenkov (CTA pour Cherenkov Telescope Array), capable de détecter les rayons cosmiques de haute énergie. Les projets concernant cet instrument sont relativement avancés et la construction pourrait démarrer dès 2012. Pour ce faire, des avancées rapides dans la conception du CTA, ainsi que le choix de sites potentiels de construction, sont nécessaires. Un autre projet relativement avancé est le KM3NeT, mis en évidence par la feuille de route européenne sur les instruments et infrastructures de recherche, élaborée il y a deux ans par l'ESFRI (Forum stratégique européen pour les infrastructures de recherche). Le KM3NeT consistera en une batterie de capteurs optiques disposés sur un kilomètre carré au fond de la mer Méditerranée. La phase préparatoire du KM3NeT est en cours, grâce à une subvention obtenue au titre du septième programme-cadre (7e PC). Les capteurs sont conçus pour déceler la présence de neutrinos, de mystérieuses particules extrêmement difficiles à détecter, qui pourraient toutefois être responsables de notre propre existence. Les neutrinos jouent un rôle important dans l'explosion d'étoiles mourantes, un processus qui libère une grande quantité d'éléments lourds dans le cosmos; sans ces éléments, nous n'existerions pas. Les neutrinos sont également le sujet d'analyse de deux autres instruments proposés par ASPERA. Le premier est un capteur spécial capable d'étudier la nature fondamentale des neutrinos ainsi que leur masse; le second est un observatoire géant souterrain. En plus d'apporter de nouvelles informations sur les neutrinos, cet observatoire permettrait aux physiciens de trouver des indices sur la désintégration des protons. Une étude de conception pour cet instrument est déjà en cours dans le cadre du projet européen LAGUNA (Large Apparatus for Grand Unification and Neutrino Astrophysics). La matière noire est étudiée par une autre infrastructure de la liste; en effet, bien qu'elle compose 95% de notre univers, nos connaissances la concernant sont très restreintes. Selon les partenaires d'ASPERA, de nouveaux capteurs extrêmement sensibles sont nécessaires pour détecter et analyser la matière noire. Enfin, la stratégie met en avant l'importance d'établir un énorme détecteur souterrain d'ondes gravitationnelles. Einstein avait prédit l'existence d'ondes gravitationnelles, et bien qu'elles aient été détectées indirectement, personne n'est jamais parvenu à fournir la preuve expérimentale de leur existence. Une étude de conception pour le télescope baptisé «Téléscope d'Einstein», financée au titre du 7e PC est également en cours. Le coût total de ces sept instruments est estimé à au moins un milliard d'euros, ce qui signifie que la coopération internationale est essentielle pour leur construction et leur entretien. Pour les années à venir, les partenaires du projet ASPERA oeuvreront à la création de consortiums d'organismes de financement d'Europe et d'ailleurs en vue de réaliser ces projets ambitieux. «La réalisation des sept merveilles à temps constitue un défi important», explique le coordinateur d'ASPERA, le professeur Stavros Katsanevas du Centre national de la recherche scientifique (CNRS). «Nous sommes toutefois confiants et convaincus que cette entreprise ne sera pas un échec, car les organismes européens et l'ApPEC (Astroparticle Physics European Coordination) soutiennent ces priorités et il en va de même pour les autres continents. Il est important que nous coordonnions et partagions les coûts, non seulement à l'échelle européenne, mais également à l'échelle internationale.» La construction des projets les plus avancés pourrait démarrer dans un peu moins de quatre ans. En outre, la plupart des instruments de la liste consistent en des capteurs ou détecteurs, lesquels pourront commencer à fonctionner dès qu'un petit nombre d'entre eux sera mis en place. L'ajout progressif de capteurs permettra d'augmenter la sensibilité de l'ensemble. Le projet ASPERA est financé dans le cadre du budget accordé à la «coordination des activités de recherche» au titre du sixième programme-cadre (6e PC).

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