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La masse de la Terre estimée grâce aux neutrinos atmosphériques
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La masse de la Terre estimée grâce aux neutrinos atmosphériques

Les ondes sismiques ont jusqu'ici été le principal outil des géophysiciens pour étudier la structure interne de la Terre. La vitesse de propagation de ces ondes dépend notamment de la densité des matériaux qu’ils traversent, ce qui permet de déterminer par exemple la taille du noyau, du manteau et de la croûte terrestre. Andrea Donini et ses collègues, de l’université de Valence, en Espagne, ont expérimenté une autre méthode, fondée sur les neutrinos – des particules qui interagissent très peu avec la matière –, pour sonder l’intérieur de la planète. En exploitant les données de l’expérience IceCube, installée au pôle Sud et principalement dédiée à l’étude du cosmos via les neutrinos, les chercheurs ont fait la démonstration que cette méthode sera, d’ici une dizaine d’années, en mesure de livrer des estimations de certaines caractéristiques de la Terre.

L’idée d’utiliser des neutrinos pour sonder l’intérieur de la Terre avait été proposée dès les années 1970. Il existe plusieurs façons d’exploiter à cette fin les neutrinos, selon leur origine. Dans les années 1980, les physiciens Sheldon Glashow, Lawrence Krauss et David Schramm avaient proposé de mesurer les neutrinos de faible énergie émis par la radioactivité naturelle du manteau et de la croûte terrestre. L’idée a été mise en application ces dernières années par les expériences Borexino, en Italie, et KamLAND, au Japon.

En 2008, Concha González-García, de l’université de Barcelone, et ses collègues ont proposé d’utiliser d’autres neutrinos : ceux produits par les rayons cosmiques qui bombardent en permanence la haute atmosphère terrestre. Lorsqu’une de ces particules de très haute énergie percute une molécule de l’atmosphère, de nombreuses autres particules sont créées, dont des neutrinos dits atmosphériques. Ceux qui se dirigent vers le sol pénètrent dans la planète et, le plus souvent, la traversent. Les détecteurs de l’expérience IceCube captent une infime fraction de ces neutrinos et  estiment leur énergie et leur direction d’origine.

Or ces paramètres conditionnent ce qui advient à un neutrino produit dans l’atmo­sphère. En effet, la probabilité d’inter­action d’un neutrino avec la matière, très faible en général, dépend de son énergie. Par exemple, les neutrinos de très haute énergie ont plus de chance d’inter­agir, donc d’être stoppés quelque part dans le manteau terrestre. Le flux des neutrinos d’énergie supérieure à 10 000 gigaélectronvolts s’en trouve sensiblement réduit. À l’inverse, pour des neutrinos de plus basse énergie, de moins de 1 000 gigaélectronvolts, le flux n’est pas perturbé.

Il faut ensuite considérer la géométrie et la composition de la Terre. Un neutrino formé à l’antipode d’IceCube aura un parcours particulièrement long à l'intérieur du globe terrestre et traversera le noyau, très dense : il aura donc plus de chances d’être absorbé qu’un neutrino arrivant en biais, dont le trajet au sein de la Terre est plus court et ne passe pas nécessairement par le noyau.

À partir des données enregistrées par IceCube entre 2011 et 2012, les trois chercheurs ont déterminé le flux de neutrinos détectés en fonction de leur énergie et de l’angle d’incidence. Grâce à ces mesures et en se fondant sur un modèle simplifié de la structure de la Terre, qui représente celle-ci comme un oignon à cinq couches de densités constantes, ils ont estimé la densité de chaque couche. Cela leur a permis de calculer la masse de la Terre (6,0 × 1024 kilogrammes), celle du noyau et le moment d’inertie de la planète. Les résultats sont en accord avec les valeurs établies par d’autres méthodes, si ce n’est que les incertitudes sur les estimations obtenues par cette nouvelle approche sont encore très grandes (supérieures à 20 %).

Mais Andrea Donini et ses collègues ont ainsi fait la démonstration du bien-fondé de cette méthode pour étudier l’intérieur de la Terre. Ils espèrent maintenant déterminer par exemple la position de la frontière entre le noyau et le manteau. Pour réduire les incertitudes sur les mesures, il sera néanmoins indispensable d’accumuler bien plus de données, l’équivalent de 10 à 15 ans d'observations de IceCube et du projet en cours de construction en mer Méditerranée, KM3NeT.


Source : Pour la science
Crédit : Observatoire des neutrinos IceCube

Les détecteurs de l’expérience IceCube plongent à plus de un kilomètre dans la glace du pôle Sud. Ils ne captent pas directement les neutrinos, mais la lumière produite par le passage de particules chargées émises lorsqu’un neutrino interagit avec la matière.

La masse de la Terre estimée grâce aux neutrinos atmosphériques Actualités

La masse de la Terre estimée grâce aux neutrinos atmosphériques

Les ondes sismiques ont jusqu'ici été le principal outil des géophysiciens pour étudier la structure interne de la Terre. La vitesse de propagation de ces ondes dépend notamment de la densité des matériaux qu’ils traversent, ce qui permet de déterminer par exemple la taille du noyau, du manteau et de la croûte terrestre. Andrea Donini et ses collègues, de l’université de Valence, en Espagne, ont expérimenté une autre méthode, fondée sur les neutrinos – des particules qui interagissent très peu avec la matière –, pour sonder l’intérieur de la planète. En exploitant les données de l’expérience IceCube, installée au pôle Sud et principalement dédiée à l’étude du cosmos via les neutrinos, les chercheurs ont fait la démonstration que cette méthode sera, d’ici une dizaine d’années, en mesure de livrer des estimations de certaines caractéristiques de la Terre.

L’idée d’utiliser des neutrinos pour sonder l’intérieur de la Terre avait été proposée dès les années 1970. Il existe plusieurs façons d’exploiter à cette fin les neutrinos, selon leur origine. Dans les années 1980, les physiciens Sheldon Glashow, Lawrence Krauss et David Schramm avaient proposé de mesurer les neutrinos de faible énergie émis par la radioactivité naturelle du manteau et de la croûte terrestre. L’idée a été mise en application ces dernières années par les expériences Borexino, en Italie, et KamLAND, au Japon.

En 2008, Concha González-García, de l’université de Barcelone, et ses collègues ont proposé d’utiliser d’autres neutrinos : ceux produits par les rayons cosmiques qui bombardent en permanence la haute atmosphère terrestre. Lorsqu’une de ces particules de très haute énergie percute une molécule de l’atmosphère, de nombreuses autres particules sont créées, dont des neutrinos dits atmosphériques. Ceux qui se dirigent vers le sol pénètrent dans la planète et, le plus souvent, la traversent. Les détecteurs de l’expérience IceCube captent une infime fraction de ces neutrinos et  estiment leur énergie et leur direction d’origine.

Or ces paramètres conditionnent ce qui advient à un neutrino produit dans l’atmo­sphère. En effet, la probabilité d’inter­action d’un neutrino avec la matière, très faible en général, dépend de son énergie. Par exemple, les neutrinos de très haute énergie ont plus de chance d’inter­agir, donc d’être stoppés quelque part dans le manteau terrestre. Le flux des neutrinos d’énergie supérieure à 10 000 gigaélectronvolts s’en trouve sensiblement réduit. À l’inverse, pour des neutrinos de plus basse énergie, de moins de 1 000 gigaélectronvolts, le flux n’est pas perturbé.

Il faut ensuite considérer la géométrie et la composition de la Terre. Un neutrino formé à l’antipode d’IceCube aura un parcours particulièrement long à l'intérieur du globe terrestre et traversera le noyau, très dense : il aura donc plus de chances d’être absorbé qu’un neutrino arrivant en biais, dont le trajet au sein de la Terre est plus court et ne passe pas nécessairement par le noyau.

À partir des données enregistrées par IceCube entre 2011 et 2012, les trois chercheurs ont déterminé le flux de neutrinos détectés en fonction de leur énergie et de l’angle d’incidence. Grâce à ces mesures et en se fondant sur un modèle simplifié de la structure de la Terre, qui représente celle-ci comme un oignon à cinq couches de densités constantes, ils ont estimé la densité de chaque couche. Cela leur a permis de calculer la masse de la Terre (6,0 × 1024 kilogrammes), celle du noyau et le moment d’inertie de la planète. Les résultats sont en accord avec les valeurs établies par d’autres méthodes, si ce n’est que les incertitudes sur les estimations obtenues par cette nouvelle approche sont encore très grandes (supérieures à 20 %).

Mais Andrea Donini et ses collègues ont ainsi fait la démonstration du bien-fondé de cette méthode pour étudier l’intérieur de la Terre. Ils espèrent maintenant déterminer par exemple la position de la frontière entre le noyau et le manteau. Pour réduire les incertitudes sur les mesures, il sera néanmoins indispensable d’accumuler bien plus de données, l’équivalent de 10 à 15 ans d'observations de IceCube et du projet en cours de construction en mer Méditerranée, KM3NeT.


Source : Pour la science
Crédit : Observatoire des neutrinos IceCube

Les détecteurs de l’expérience IceCube plongent à plus de un kilomètre dans la glace du pôle Sud. Ils ne captent pas directement les neutrinos, mais la lumière produite par le passage de particules chargées émises lorsqu’un neutrino interagit avec la matière.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

14 - Calvados

Jusqu’au 29 février 2020

EXPOSITION
"LES REQUINS ! 430 MILLIONS D’ANNÉES D’ÉVOLUTION"

Découvrez la grande diversité des requins, allant d’espèces de petites tailles, jusqu’aux poissons géants dont les dents sont plus grandes qu’une main humaine.
Cette exposition évoque également le grand danger auquel ils sont confrontés : l’Homme. Venez découvrir de nouvelles espèces et apprendre en vous amusant grâce à une fresque digitale.

Paléospace
Avenue Jean Moulin
14640 Villers-sur-Mer
02 31 81 77 60
www.paleospace-villers.fr


21 - Côte d'Or

Jusqu’au 6 janvier 2019

EXPOSITION
"GRAINES"

Elles sont partout… Du petit-déjeuner au coucher, dans nos vêtements, dans notre alimentation, dans nos parcs et jardins… sans même y penser elles font partie de notre quotidien et sont un pilier de la biodiversité végétale.
Cette nouvelle exposition, très ludique, propose à tous les visiteurs de découvrir une grande variété de graines d’ici et d’ailleurs et de s’interroger sur leurs enjeux dans un contexte de changement climatique et sociétal.

Le Jardin des sciences
Parc de l’Arquebuse
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


Jusqu’au 31 mars 2019

EXPOSITION PLEIN-AIR
"IMPACTS ! HOMME-NATURE"

Venez découvrir les relations homme-nature au plus près du vivant !
De l’évolution du comportement animal à celui du climat et des milieux naturels, les chercheurs de Bourgogne et de Franche-Comté tentent de comprendre le rôle de l’Homme dans ces changements. Traversez ville, campagne et forêt et voyagez jusqu’aux pôles pour observer ces recherches in vivo !

Le Jardin des sciences
Parc de l’Arquebuse
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.dijon.fr


25 - Doubs

Jusqu'au 22 avril 2019

EXPOSITION "FROID"

Véritable plongée dans l’univers du froid, l’exposition met en scène les multiples facettes du froid et plonge le visiteur dans des univers différents :
vie quotidienne, milieux extrêmes, biologie, physique, chimie, recherche, technologie, science-fiction... et l’invite à expérimenter.

Saline royale
Grande rue
25610 Arc-et-Senans
03 81 54 45 45
www.salineroyale.com


41 - Loir et Cher

Jusqu'au 31 décembre

LES JARDINS DE CHAMBORD

Le château a retrouvé en 2017 ses jardins à la française du XVIIIe siècle avec six hectares et demi au pied de la façade nord du château : plus de 600 arbres, 800 arbustes, 200 rosiers, 15 250 plantes...

Office de Tourisme de Blois-Chambord
23 place du château
41000 Blois
02 54 90 41 41
www.bloischambord.com


44 - Loire Atlantique

 

Du 8 au 19 mai 2019

EXPOSITION
"LES FLORALIES INTERNATIONALES DE NANTES"

Lors de cette prestigieuse manifestation florale, les visiteurs seront invités à découvrir dans le cadre exceptionnel du Parc de la Beaujoire des scènes ornementales élaborées par des professionnels et des amateurs passionnés.
Une représentation florale de haut niveau qui contribuera à les étonner, les dépayser, les faire rêver...

Floralies Internationales
Parc des Expositions de la Beaujoire
Route de Saint-Joseph de Porterie
44300 Nantes
http://comite-des-floralies.com/fre/


61 - Orne

Jusqu'au 23 décembre

EXPOSITION "LES HAIES"

Ecomusée du Perche
Prieuré de Sainte-Gauburge
61130 Saint-Cyr-la-Rosiere
02 33 73 48 06
www.ecomuseeduperche.fr


76 - Seine Maritime

Jusqu'au 15 décembre

EXPOSITION
"L’ABBÉ PIERRE PHOTOGRAPHE, UN REGARD SUR LE MONDE"

L'exposition présente soixante-dix photographies inédites prises par l’abbé Pierre lui-même dans de nombreux pays. Elles témoignent de la vitalité des personnes pauvres dans le monde et dévoilent le regard lucide et plein d’amour.

Centre abbé Pierre - Emmaüs
Route d'Emmaüs
76690 Esteville
02 35 23 87 76
www.centre-abbe-pierre-emmaus.org

Lieux:

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