Il y a un peu plus de 10 ans, un ballon scientifique a enregistré quelque chose d’inattendu dans le silence glacial de l’Antarctique : des signaux radio provenant des profondeurs de la Terre, défiant les lois connues de la physique des particules. Ces signaux intrigants ont depuis suscité des années de recherche et de débats parmi les physiciens. Aujourd’hui, de nouvelles données viennent ajouter une couche de mystère.
Cette histoire a commencé en 2006 avec le déploiement de l’Antarctic Impulsive Transient Antenna, ou ANITA pour les intimes. Il s’agit d’un ballon scientifique conçu pour capturer des signaux radio associés aux rayonnements cosmiques – ces rayonnements de haute énergie typiquement liés à des phénomènes astrophysiques extrêmes comme des supernovas ou des trous noirs.
Une « douche de rayonnements cosmiques inversée »
Les chercheurs à l’origine de cette expérience s’attendaient évidemment à ce que de tels signaux proviennent de l’espace. Mais c’est l’inverse qui s’est produit : à partir de 2014, ANITA a enregistré des pulsations radio provenant… d’en dessous, comme si elles avaient été produites par un phénomène situé sous la glace. Une « douche de rayonnements cosmiques inversée », en somme.
Les chercheurs ont d’abord cru à une anomalie… jusqu’à ce que d’autres événements similaires se produisent entre 2014 et 2016. Cette fois, le doute n’était plus permis : ce signal n’avait clairement pas été produit par un phénomène spatial. Son origine exacte, en revanche, continue de laisser les spécialistes perplexes.
« Les ondes radio que nous avons détectées se situaient à des angles très prononcés, environ 30 degrés sous la surface de la glace », explique Stephanie Wissel, astrophysicienne à l’Université d’État de Pennsylvanie, qui a longuement travaillé sur ce sujet. « C’est un problème intéressant, car nous n’avons toujours pas d’explication précise à ces anomalies », précise-t-elle.
La piste des neutrinos
Initialement, les chercheurs ont vite suggéré que la clé de l’énigme pourrait se cacher dans les fameux neutrinos, notamment à cause de l’angle de détection du signal. Puisqu’il provenait d’en dessous de l’horizon, cela suggérait que les particules qui le constituaient avaient traversé de la matière solide avant de parvenir à ANITA. Les neutrinos étaient donc des candidats idéaux, et pour cause : ils sont quasiment inertes, extrêmement légers, électriquement neutres, et n’interagissent presque jamais avec la matière avoisinante – d’où leur surnom de « particules fantômes ».
En outre, l’angle et l’énergie des signaux étaient cohérents avec ce qu’on pourrait s’attendre à observer si un type particulier de neutrino – un neutrino tau de haute énergie – traversait la Terre. Le cas échéant, la théorie suggère qu’il aurait pu interagir près de la surface, produisant une autre sous-particule (un lepton tau) qui se serait ensuite désintégré dans l’atmosphère.
Mais voilà : les lois de la physique, telles qu’elles sont définies dans le Modèle Standard, suggèrent qu’un tel phénomène serait extrêmement improbable, statistiquement parlant. Il y avait donc anguille sous roche, et les chercheurs ont décidé de lancer une nouvelle étude pour essayer d’y voir plus clair.
C’est dans ce contexte qu’une grande équipe internationale de chercheurs s’est mise à éplucher consciencieusement les données collectées par l’observatoire Pierre Auger, en Argentine. Ce dernier est spécifiquement conçu pour détecter les rayonnements cosmiques de haute énergie ; si ce signal était effectivement lié de près ou de loin à des neutrinos, il devrait donc être possible de retrouver leur trace dans ces données.
Mais c’était plus facile à dire qu’à faire. Il ne suffisait pas de parcourir les données de l’observatoire pour retrouver la trace de ces signaux enregistrés par ANITA. À cause de leur rareté et de leur nature singulière, ils seraient noyés dans un torrent d’autres signaux qui viendraient brouiller les pistes. S’ils y étaient bien présents, ils s’y manifesteraient de manière discrète et subtile.
C’est un peu comme rechercher un murmure au milieu d’un stade de football : tendre l’oreille ne suffit pas. Pour en trouver la trace, il faut d’abord avoir une idée claire de ce à quoi pourrait ressembler ce signal afin de le rechercher spécifiquement. Les chercheurs ont donc procédé à de nombreuses simulations afin de déterminer à quoi ces mystérieux signaux ressembleraient dans les données de l’observatoire Pierre Auger, à supposer qu’ils y soient présents.
Un silence révélateur dans les données
Au terme du processus, ils ont fait chou blanc : aucun motif, même minime, susceptible de correspondre aux événements enregistrés par ANITA n’a été repéré dans les données.
Intuitivement, cela pourrait ressembler à un échec total. Mais la réalité est en fait plus nuancée. En sciences, le fait de ne rien trouver peut aussi être très révélateur : cela permet souvent de restreindre le champ des hypothèses et de se rapprocher d’une explication. Et cette étude en est un bon exemple.
Puisque les anomalies observées par ANITA ne semblent pas apparaître dans les données de l’observatoire Pierre Auger, cela suggère très fortement qu’elles ne sont finalement pas liées à des neutrinos… et, par extension, qu’elles sont associées à un autre phénomène auquel les chercheurs n’avaient pas pensé.
Toute la question, c’est de savoir de quoi il s’agit. Pourrait-on avoir affaire à une toute nouvelle particule encore jamais documentée ? Pour l’instant, les auteurs de l’étude ne disposent pas des données nécessaires pour le déterminer, et le mystère reste entier. Même si ANITA a été mis à la retraite en 2016, un nouveau ballon, appelé Payload for Ultrahigh Energy Observations (PUEO), va bientôt prendre sa place. Grâce à des capteurs plus performants que ceux de son prédécesseur, il va peut-être rapporter de nouvelles données cruciales qui, dans l’idéal, permettront enfin de résoudre ce vieux mystère.
« Pour l’instant, ça reste un mystère de longue date. Mais nous aurons une meilleure sensibilité avec PUEO, et c’est enthousiasmant. En principe, nous devrions détecter davantage d’anomalies, et peut-être que nous pourrons enfin en comprendre la nature. Nous pourrions également détecter des neutrinos, ce qui serait, d’une certaine manière, beaucoup plus stimulant », se réjouit Wissel.
Nous vous donnons donc rendez-vous d’ici quelques années, une fois que PUEO aura eu le temps de collecter suffisamment de données, pour le prochain épisode de ce feuilleton scientifique passionnant.
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, suivez-nous sur Google et sur notre canal WhatsApp. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
