Un œil d’Antares © CEA Irfu
Voilà maintenant plus de deux ans qu'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 plus d'un millier d'entre eux ont déjà été observés, permettant de dresser les premières vues du ciel et d'y rechercher des neutrinos cosmiques très énergétiques, témoins des phénomènes les plus violents de l'Univers.
Les neutrinos sont des particules qui interagissent très peu avec la matière. Émis dans les cataclysmes les plus violents de l'Univers, ils pourraient permettre de prouver que ces phénomènes sont à l'origine du rayonnement cosmique, essentiellement des protons, qui bombardent la Terre en permanence. Ces protons nous parviennent en effet déviés par les champs magnétiques intergalactiques, nous empêchant de déterminer leur origine.
La détection des neutrinos est un défi qu'il n'est possible de relever qu'avec d'immenses détecteurs, protégés de ce même rayonnement cosmique. Antares, installé au large de Toulon, s'en protège grâce à un blindage naturel de 2000 mètres d'eau. Le déploiement du détecteur, qui a duré deux ans, s'est achevé en mai 2008. Aujourd'hui 885 « yeux », leur électronique de lecture et de traitement des données, - imaginés et construits à CEA-Irfu - 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.
Les yeux d'Antares permettent d'observer le sillage très faiblement lumineux produit par les muons, particules chargées voisines des électrons. Ces muons résultent de l'interaction de neutrinos ascendants avec la croûte terrestre. Les profondeurs abyssales permettent de bénéficier d'une obscurité totale, à peine troublée par quelques animaux bioluminescents. Antares observe ainsi le ciel de l'hémisphère sud au travers du globe terrestre.
Le muon est émis dans la même direction que le neutrino originel et la détermination de sa direction permet donc de remonter à la source qui l'a produit.
Première vue du ciel d’après les données prises en 2007 et en 2008, avec un nombre croissant de lignes permettant d’observer de un à environ 3 neutrinos par jour. Cette carte comporte un millier de neutrinos, pour l’essentiel issus de l’interaction du rayonnement cosmique aux antipodes du télescope. Le fond en dégradé de gris représente le champ de vue du détecteur (sombre, vue maximale sous le détecteur ; clair, partie non visible au-dessus). Le centre de la carte correspond au centre galactique. (N.B. La carte présentée ici est illustrative : elle a été modifiée pour rendre toute interprétation physique impossible en attendant que les données ait été analysées par la collaboration Antares).
Une ligne sur le pont du Castor, prête à être déployée à 2500 m de profondeur © L.fabre/CEA.
Bien avant que le détecteur ne soit complet, la traque des neutrinos a débuté. Une traque rendue difficile par les muons du rayonnement cosmique qui malgré la protection des 2000 mètres d'eau au dessus du détecteur restent dominants. Ils sont en effet parfois susceptibles d'être identifiés comme montants. Le rejet de ce fond est aujourd'hui maitrisé, permettant aux physiciens d'isoler les seuls muons montants dans le détecteur. Ces muons résultent de l'interaction des seules particules connues capable de traverser le globe terrestre : les neutrinos.
Ces neutrinos sont tout d'abord ceux qui ont été créés dans l'atmosphère aux antipodes du détecteur, par le rayonnement cosmique. Appelés pour cette raison « neutrinos atmosphériques », ils proviennent de toutes les directions sous le détecteur. Antares a aujourd'hui accumulé plus d'un millier de ces événements. La recherche de sources de neutrinos cosmiques peut donc commencer : en effet sur la carte, elles se traduiront par une accumulation très localisée, anormalement élevée, qui ne peut être attribuée aux neutrinos atmosphériques.
Aucune source n'a encore été détectée, mais Antares surpasse déjà toute les expériences ayant scruté cette partie du ciel en neutrinos. Chaque neutrino qui passe est susceptible de provenir d'une source, loin dans l'Univers. Seule l'accumulation des données permettra de les débusquer.
Thierry STOLARCZYK (CEA-Irfu)
1) 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.
• Structure et évolution de l'Univers › Phénomènes cosmiques de haute énergie et astroparticules
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Électronique des Détecteurs et d'Informatique pour la Physique (DEDIP) • Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS) • Le Département de Physique des Particules (DPhP)
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Dernière mise à jour : 05-04-2024
