Masatoshi Koshiba

Masatoshi Koshiba (小柴 昌俊, 19 septembre 1926 – 12 novembre 2020) était un physicien japonais. Il construisit le détecteur avec lequel furent mis en évidence pour la première fois, en 1987, des neutrinos issus d'une supernova, fondant ainsi l'astronomie neutrino. Il reçut en 2002 le prix Nobel de physique.

Un parcours improbable

Koshiba contracta la poliomyélite dans son enfance et en conserva une main droite paralysée. La voie militaire, que beaucoup de ses camarades de classe empruntèrent, lui était de ce fait fermée.

Il étudia la physique à l'université de Tokyo et y acheva ses études avec des notes remarquablement mauvaises — un fait qu'il aimait plus tard mentionner lui-même lors de ses conférences, relevé de notes à l'appui. Il partit ensuite aux États-Unis et soutint en 1955 sa thèse à l'université de Rochester, où il s'occupait du rayonnement cosmique.

En 1970, il devint professeur à l'université de Tokyo.

Kamiokande : construit pour la mauvaise question

Au début des années 1980, Koshiba fit accepter un détecteur qui avait une tout autre tâche que celle pour laquelle il devint célèbre. Les grandes théories unifiées prédisaient que les protons se désintègrent — de façon extrêmement rare, mais mesurable, pour peu que l'on en rassemble suffisamment.

Le nom le dit : Kamioka Nucleon Decay Experiment, en abrégé Kamiokande. Trois mille tonnes d'eau dans une mine de zinc, à 1 000 mètres sous terre, entourées d'environ un millier de photomultiplicateurs.

La désintégration du proton ne fut jamais observée. Elle n'a pas été trouvée à ce jour.

Koshiba reconnut cependant que la même installation pourrait faire autre chose si on la rendait plus sensible : mesurer les neutrinos solaires — et ce en temps réel et avec indication de direction, ce dont l'expérience Homestake, avec sa cuve de chlore, était incapable. La transformation en Kamiokande-II fut achevée fin 1986.

Le 23 février 1987

Quelques semaines plus tard, une étoile explosa dans le Grand Nuage de Magellan, à quelque 168 000 années-lumière de distance. Ce fut la première supernova visible à l'œil nu depuis 1604.

Kamiokande-II enregistra ce jour-là, en l'espace de 13 secondes, onze neutrinos. Au même moment, le détecteur IMB, dans une mine de sel de l'Ohio, en vit huit autres, et l'observatoire de Baksan, dans le Caucase, cinq. Au total 24 événements — et avec eux une nouvelle discipline.

La coïncidence temporelle est difficile à surestimer. Si la transformation avait été achevée six mois plus tard, personne n'aurait rien vu. Koshiba a dit lui-même par la suite qu'il avait compris en ces jours-là combien la science dépend de la chance — et combien peu l'on peut y changer, sinon en étant prêt.

Remarquable aussi est ce que les événements montrèrent : les neutrinos arrivèrent des heures avant la lumière. Ils quittent immédiatement le cœur stellaire en effondrement, tandis que la lumière doit d'abord se frayer un chemin à travers les enveloppes extérieures. Ce qui sonne comme une contradiction est une confirmation du modèle de l'effondrement du cœur.

Des neutrinos solaires avec une direction

Kamiokande résolut en outre une question restée ouverte depuis des décennies. La cuve de Davis, dans le Dakota du Sud, comptait des atomes et fournissait une somme sur plusieurs semaines. Savoir si les neutrinos comptés venaient réellement du Soleil ne pouvait s'en déduire.

Kamiokande voyait la direction. Et les neutrinos venaient de la direction du Soleil. Le problème des neutrinos solaires était dès lors définitivement un problème de physique et non plus de technique de mesure.

Prix Nobel et postérité

Koshiba partagea le prix Nobel 2002 avec Raymond Davis — les deux hommes dont les détecteurs abordaient la même énigme par deux côtés — et avec Riccardo Giacconi pour l'astronomie des rayons X.

Son héritage le plus important n'est cependant pas une mesure, mais une école. De son groupe de travail est issu Takaaki Kajita, qui reçut lui-même le prix Nobel en 2015. Et de Kamiokande naquit Super-Kamiokande, dont le successeur Hyper-Kamiokande est actuellement en construction.

Koshiba mourut en 2020 à l'âge de 94 ans.

Termes apparentés

• SN 1987A — la supernova
• Astronomie neutrino — le domaine fondé
• Takaaki Kajita — son élève
• Raymond Davis — son colauréat

Sources

• K. Hirata et al. (Kamiokande-II) : Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A, Physical Review Letters 58, 1490 (1987).
• Fondation Nobel : prix Nobel de physique 2002, motivation et conférence Nobel de Masatoshi Koshiba.