Un détecteur de particules souterrain appelé détecteur Borexino a détecté 53 neutrinos antiélectroniques émanant de la Terre, appelés géoneutrinos.
L’intérieur du détecteur Borexino. Image credit : Borexino Collaboration.
Les neutrinos et leur contrepartie antimatière, les antineutrinos, sont des particules subatomiques qui interagissent si rarement avec d’autres matières qu’ils peuvent traverser sans être touchés un mur de plomb s’étendant de la Terre à la Lune.
Ces particules sont produites en permanence dans les réactions nucléaires des étoiles, dans les réactions de fission qui alimentent les centrales nucléaires, et dans les profondeurs de la croûte terrestre et du manteau par la désintégration radioactive d’éléments tels que l’uranium-238 et le thorium-232.
Chaque seconde, environ six millions de géoneutrinos pénètrent dans chaque centimètre carré de la surface de notre planète.
Le détecteur Borexino, situé aux Laboratori Nazionali del Gran Sasso, en Italie, est l’un des rares détecteurs au monde capable d’observer ces particules insaisissables.
“Les géoneutrinos sont les seules traces directes des désintégrations radioactives qui se produisent à l’intérieur de la Terre et qui produisent une partie encore inconnue de l’énergie qui anime toute la dynamique de notre planète”, a déclaré le professeur Livia Ludhova, coordinatrice de Borexino et chef du groupe des neutrinos à l’Institut de physique nucléaire du Forschungszentrum Jülich.
Le professeur Ludhova et ses collègues ont analysé 3 263 jours de données recueillies par le détecteur Borexino entre décembre 2007 et avril 2019.
Les chercheurs ont détecté un total de 53 géoneutrinos provenant de l’uranium-238 et du thorium-232.
Ils ont également estimé la chaleur radiogénique totale de la Terre à 38,2 térawatts (TW).
Ce diagramme montre les géoneutrinos de l’intérieur de la Terre mesurés par le détecteur Borexino, ce qui donne les spectres d’énergie finaux. L’axe des x montre la charge (nombre de photoélectrons) du signal, qui est une mesure de l’énergie déposée dans le détecteur, et l’axe des y montre le nombre d’événements mesurés. Crédit image : Collaboration Borexino.
“L’hypothèse selon laquelle il n’y a plus de radioactivité en profondeur dans le manteau peut maintenant être exclue avec un niveau de confiance de 99% pour la première fois”, a déclaré le professeur Ludhova.
“Cela permet d’établir des limites inférieures pour les abondances d’uranium et de thorium dans le manteau terrestre”.
“Ces valeurs présentent un intérêt pour de nombreux calculs de modèles terrestres différents. Par exemple, il est très probable (85%) que les processus de désintégration radioactive à l’intérieur de la Terre génèrent plus de la moitié de la chaleur interne de la planète, tandis que l’autre moitié provient encore largement de la formation initiale de la planète.”
“Les processus radioactifs à l’intérieur de la Terre fournissent donc une partie non négligeable de l’énergie qui alimente les volcans, les tremblements de terre et le champ magnétique de la planète.”
Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review D.
