Masatoshi Koshiba : L'homme qui a entendu une étoile mourir

Un réservoir d'eau ultrapure enterré au fond d'une mine japonaise, construit pour observer la désintégration des protons, a capté tout autre chose : une poignée de particules fantômes arrivant d'une étoile en explosion dans le Grand Nuage de Magellan. À cet instant en 1987, l'astronomie a acquis un second sens. Pour la première fois, un événement cosmique était observé par autre chose que la lumière, et l'astronomie des neutrinos a vu le jour. Le physicien qui avait insisté pour que le détecteur soit construit de cette manière avait, en tant qu'étudiant, été parmi les derniers de sa classe.

Jeunesse

Koshiba est né le 19 septembre 1926 à Toyohashi, fils de Toshio, un officier militaire, et de Hayako Koshiba. Sa mère est décédée alors qu'il avait trois ans et son père a épousé sa sœur aînée. Il a grandi à Yokosuka et a fréquenté le lycée à Tokyo. Sa première passion était la littérature allemande, pas la physique ; il a changé de voie, selon ses propres dires, en réponse aux remarques décourageantes d'un professeur — un acte de malveillance qui a redirigé une carrière. À la Première École Supérieure, il a rencontré suffisamment de difficultés scolaires pour avoir besoin du tutorat de son colocataire, Kozo Kuchitsu.

Formation

Il a obtenu son diplôme de l'Université de Tokyo en 1951 et s'est rendu aux États-Unis en tant que boursier Fulbright, obtenant son doctorat en physique à l'Université de Rochester en 1955. Un poste d'associé de recherche à l'Université de Chicago a suivi de 1955 à 1958, et de 1959 à 1962, il a été directeur par intérim du Laboratoire de physique des hautes énergies et du rayonnement cosmique de Chicago. Son mentor au Japon était Sin-Itiro Tomonaga, lui-même lauréat du prix Nobel, qui a également joué les entremetteurs pour le mariage de Koshiba. Il a épousé Kyoko Kato, conservatrice de musée d'art, à la fin des années 1950 ; ils ont eu un fils et une fille.

Il est retourné à l'Université de Tokyo en tant que professeur associé à l'Institut d'études nucléaires en 1958, a obtenu un poste de professeur titulaire en 1970 et est devenu professeur émérite en 1987. Il a ensuite enseigné à l'Université Tokai de 1987 à 1997 et a plus tard servi comme conseiller principal du Centre international de physique des particules élémentaires.

Kamiokande

Le détecteur que Koshiba a conçu avec Masayuki Nakahata et Atsuto Suzuki visait à répondre à une question différente : si les protons se désintègrent, comme le prédisaient certaines théories de grande unification. Kamiokande n'a jamais vu un proton mourir. Ce qu'il pouvait faire, une fois adapté, était d'enregistrer des neutrinos — des particules interagissant si faiblement que des billions traversent le corps humain chaque seconde sans effet, et qui nécessitent donc des milliers de tonnes d'eau blindée et une armée de tubes photomultiplicateurs pour en capturer ne serait-ce que quelques-uns.

Il a confirmé que les neutrinos sont générés par la fusion nucléaire dans le Soleil, ce qui constituait une observation directe du processus alimentant l'étoile. Il en a également compté moins que ce que la théorie solaire exigeait. Ce déficit — le problème des neutrinos solaires — est devenu l'une des anomalies les plus marquées de la physique : soit le modèle du Soleil était faux, soit quelque chose arrivait aux neutrinos en cours de route.

Supernova 1987A

Puis, en 1987, une étoile a explosé dans le Grand Nuage de Magellan et Kamiokande a enregistré ses neutrinos. L'importance de cet événement est difficile à surestimer. Chaque observation précédente de l'univers avait été faite avec le rayonnement électromagnétique. Ici, il s'agissait d'une mort stellaire violente rapportée par des particules qui s'étaient échappées du cœur en effondrement lui-même, transportant des informations qu'aucun photon ne pouvait livrer. L'astronomie des neutrinos a commencé avec cette détection.

Super-Kamiokande

Un successeur plus grand, Super-Kamiokande, a été mis en service en 1996 et a résolu la question des neutrinos solaires. Il a démontré l'oscillation des neutrinos — le fait que les neutrinos changent entre leurs trois types en vol. Le Soleil en produisait exactement autant que la théorie le prédisait ; les détecteurs précédents étaient simplement aveugles aux variétés en lesquelles ils s'étaient transformés en chemin. Comme seules les particules ayant une masse peuvent osciller, le résultat a renversé l'hypothèse établie selon laquelle le neutrino est sans masse, et a forcé une révision du Modèle Standard.

Reconnaissance

Les honneurs sont arrivés régulièrement : l'Ordre du Mérite de la République fédérale d'Allemagne en 1985, les prix Asahi et Nishina Memorial en 1987, le prix de l'Académie japonaise en 1989, le prix Humboldt et l'Ordre de la Culture du Japon en 1997, le prix Wolf de physique en 2000. En 2002, il a partagé le prix Nobel de physique avec Raymond Davis Jr. et Riccardo Giacconi « pour ses contributions pionnières à l'astrophysique, en particulier pour la détection des neutrinos cosmiques », ainsi que le prix Panofsky cette année-là et la médaille Benjamin Franklin en 2003. Le lendemain de l'annonce de son prix Nobel, le chimiste Koichi Tanaka a remporté le prix de chimie — le plus court intervalle jamais enregistré entre deux prix Nobel décernés à des récipiendaires japonais.

Il a été fait citoyen d'honneur de Suginami en 2002 et de Tokyo en 2003, élu membre de l'American Physical Society, et a reçu le Grand Cordon de l'Ordre du Soleil Levant en 2003. Le Koshiba Hall a ouvert ses portes à l'Université de Tokyo en 2005, et le prix Koshiba a été créé en 2003.

Dernières années

La confiance de Koshiba en ses étudiants était célèbre et spécifique. « Parmi les disciples qui ont hérité de mon travail, deux sont dignes de recevoir le prix Nobel », disait-il, faisant référence à Yoji Totsuka et Takaaki Kajita. Kajita a reçu le prix de physique en 2015 pour ses travaux sur les oscillations ; Totsuka n'a pas vécu assez longtemps pour en recevoir un, et en 2010, Koshiba a créé un prix en son nom. À la retraite, il écoutait Mozart et jouait à des jeux vidéo avec un enthousiasme sans gêne, se qualifiant lui-même de plus vieux joueur du monde et citant Final Fantasy comme son favori. Il est décédé à l'hôpital Edogawa de Tokyo le 12 novembre 2020, à l'âge de quatre-vingt-quatorze ans.

Pourquoi Koshiba est important

Il a transformé une expérience qui avait échoué dans son objectif déclaré en une toute nouvelle façon d'observer l'univers. Kamiokande et son successeur ont fait passer le neutrino du statut de nuisance théorique à celui d'instrument astronomique, ont fourni aux physiciens la première preuve solide que les neutrinos ont une masse, et ont créé une fissure dans le Modèle Standard qui n'a pas encore été réparée. L'étudiant en littérature allemande qui était tutoré par son colocataire a fini par apprendre au monde à observer les étoiles avec autre chose que la lumière.