19 septembre 2011
Des milliers de neutrinos dans Antares
Des milliers de neutrinos dans Antares

Vue d’artiste du télescope © J.A. Aguilar, 2010



Antares(1) , télescope sous-marin immergé à 2500 mètres dans les abysses méditerranéens, scrute le ciel au travers de la Terre en détectant des neutrinos. Aujourd’hui plusieurs milliers d’entre eux ont été observés, permettant au télescope d’enquêter, comme jamais auparavant, sur la présence de sources de neutrinos de haute énergie dans la Voie lactée. L’expérience participe ainsi à la quête centenaire des origines du rayonnement cosmique.

  

Les neutrinos sont des particules qui interagissent très peu avec la matière. Émis dans les cataclysmes les plus violents de l’Univers, leur détection pourrait permettre de prouver que ces phénomènes sont à l’origine des particules du rayonnement cosmique. Ces dernières bombardent la Terre en permanence après avoir été déviées par les champs magnétiques interstellaires ou intergalactiques, ce qui empêche de déterminer leur origine.

 
Des milliers de neutrinos dans Antares

Un œil d’Antares
© CEA Irfu

La détection des neutrinos est un défi qu’il n’est possible de relever qu’avec d’immenses détecteurs, à l’abri de ce même rayonnement cosmique. Installé au large de Toulon depuis 2006, le télescope Antares s’en protège grâce à un blindage de 2000 mètres d’eau. L’appareillage est constitué de 885 « yeux », leur électronique de lecture et de traitement des données – imaginés et construits à l’Irfu – qui s’égrènent par groupe de trois le long de 12 lignes souples de 450 mètres de haut. Ces lignes, plus hautes que la tour Eiffel, sont ancrées aux fonds marins sur un espace équivalent à 4 terrains de football, tandis qu’elles oscillent doucement au gré des courants marins.

 

Les yeux d’Antares permettent d’observer le sillage très faiblement lumineux produit par les muons, particules similaires à des électrons. Ces muons résultent de l’interaction dans l’écorce terrestre de neutrinos, seuls capables de traverser la Terre de part en part ! Les profondeurs abyssales fournissent une obscurité totale, parfois troublée par la faune bioluminescente. Reconstituer la trajectoire du muon permet de déterminer la direction du neutrino originel et donc la source qui l’a produit. Antares observe donc le ciel de l’hémisphère sud au travers du globe terrestre.

 
Des milliers de neutrinos dans Antares

Représentation sur la voute céleste des directions d’arrivée des muons détectés de 2007 à 2010. Cette carte comporte 3085 évènements pour 813 jours effectifs de données (15% d’entre eux seulement sont des muons descendants pris pour des neutrinos). La plupart des points sont issus des neutrinos issus de l’interaction du rayonnement cosmique de l’autre côté de la Terre. Les accumulations observées ne permettent pas de conclure à la présence d’une source lointaine de neutrinos. La partie masquée en haut à gauche correspond au ciel au-dessus du détecteur, qui n’est pas observé. La carte est en coordonnées galactique.

La traque des neutrinos cosmiques est délicate : tout d’abord, malgré la protection des 2000 mètres d’eau au-dessus du détecteur, les muons du rayonnement cosmique, descendants, restent dominants, et ils sont parfois identifiés comme montants ; ensuite, la plupart des muons vraiment montants a été créée par des neutrinos dits atmosphériques, produits par le rayonnement cosmique dans l’atmosphère de l’autre côté de la Terre. Antares observe le passage d’un muon descendant toute les secondes, et de quelques muons montants, donc des neutrinos, chaque jour.
Une fois la direction du muon connue Il est possible de déterminer l’origine du neutrino sur la voute céleste. Depuis 2007, la collaboration Antares a accumulé des milliers d’événements montants, construisant ainsi peu à peu une carte du ciel qui continue à se peupler au rythme de la détection des neutrinos atmosphériques.

 

Dans ce grand nuage de points, la recherche de neutrinos émis loin dans l’Univers peut débuter : une source cosmique doit produire une accumulation très localisée, qui ne peut être attribuée aux seuls neutrinos atmosphériques. Les chances d’observer une accumulation dépend de son intensité, difficilement prédictible, et de la précision de pointé du télescope.

 

Aucun excès significatif n’a encore été détecté, mais la prise de données se poursuit. D’autres énigmes scientifiques sont étudiées, au travers de la quête de particules exotiques reliques du big-bang, ou de la recherche d’accumulation de matière noire au centre du Soleil. La transmission en temps réel des données depuis le fond de la mer Méditerranée offre également des possibilités inédites aux chercheurs des sciences environnementales.

 

La récolte des neutrinos se poursuit. Chacun d’entre eux est susceptible de provenir d’une source, loin dans l’Univers. Seule l’accumulation des données permettra de les débusquer.

 

 

Contact (CEA-Irfu): Thierry STOLARCZYK


Pour en savoir plus :

http://antares.in2p3.fr


(1)Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch. La collaboration Antares, fondée en 1996 par les équipes du CEA et du CNRS, comporte 150 chercheurs, ingénieurs et techniciens en France (CEA, CNRS, Ifremer), Allemagne, Espagne, Italie, Pays-Bas, Roumanie, Russie.
 

Maj : 29/09/2011 (3100)

 

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