Dans la nuit du 30 mai 2008, les deux dernières lignes d’Antares ont été connectées et mises sous tension à 2500 m au fond de la Méditerranée, portant à douze le nombre de lignes de détection et marquant ainsi la fin de la construction du plus grand télescope sous-marin à neutrinos jamais réalisé.
Immergées quelques semaines plus tôt, ces lignes rejoignent celles qui, depuis 2006, permettent de traquer les neutrinos cosmiques, témoins des phénomènes les plus violents de l’Univers.
Cet événement récompense les efforts de la collaboration européenne1 Antares, et en particulier ceux du CEA-Irfu, acteur majeur par ses contributions.
Le télescope Antares est un détecteur de neutrinos qui a deux objectifs majeurs : l’astronomie de haute énergie et la recherche de la matière noire.
Ces dernières décennies, l'astronomie a permis de découvrir de nombreux objets, dont certains sont le siège de phénomènes cataclysmiques, émetteurs de photons de très haute énergie. Ils pourraient être issus de réactions nucléaires produisant également les particules du rayonnement cosmique – essentiellement des protons – et des neutrinos. Or à très haute énergie, les photons et protons peuvent être arrêtés par la matière, rendant leur observation difficile. Au contraire, les neutrinos sont des particules élémentaires qui interagissent très faiblement et qui ne sont ni arrêtés ni déviés par les milieux intergalactiques. Ce sont donc des témoins directs des processus mis en jeu dans les accélérateurs cosmiques. La détection de ces messagers permettrait d’ouvrir une nouvelle fenêtre d’observation sur l’Univers et de dévoiler enfin l’origine du rayonnement cosmique.
Un module d'Antares (Photo CEA/Irfu)
Antares pourrait également observer des neutrinos de plus basse énergie issus de l’accumulation de matière noire au centre du Soleil ou de la Galaxie. Depuis 70 ans, la masse manquante de l’Univers, 95% de sa masse totale, est la question centrale de la cosmologie. Une partie de cette masse manquante pourrait être constituée d’une particule élémentaire massive appelée wimp (weakly interacting massive particle). La théorie physique dite de la « supersymétrie » en prédit l’existence, et prédit également que ces particules s’accumuleraient au centre d’objets massifs comme la Terre ou le Soleil. Les wimps sont à la fois particule et antiparticule. En s’accumulant ils finiraient par s’annihiler en produisant une bouffée d’énergie et de particules, dont des neutrinos de basse énergie.
Les neutrinos interagissant très peu avec la matière, leur détection est un défi qu’il n’est possible de relever qu’avec d’immenses détecteurs, protégés du rayonnement cosmique. Ce dernier bombarde constamment tout site terrestre et représente un bruit de fond important et gênant. Antares, installé au large de Toulon, est protégé de ce rayonnement par un blindage naturel de 2000 m d’eau. Des photodétecteurs – les yeux d’Antares – équipent un grand volume sous la mer pour observer le sillage très faiblement lumineux produit par les muons, particules chargées voisines des électrons, qui résultent de l’interaction des 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 donc le ciel de l’hémisphère sud au travers du globe terrestre. Ce ciel inclut le centre galactique qui est le siège de phénomènes intensément énergiques.
Le défi a été relevé à partir de 1996 par les équipes du CEA et du CNRS. Après une longue période d’étude des propriétés du milieu marin, la première ligne de détection a été immergée en mars 2006. Aujourd’hui 885 « yeux », leur électronique de lecture et de traitement des données, – imaginés et construits à l’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. La moitié d’entre elles a été assemblée à l’Irfu à Saclay, l’autre moitié au CNRS/CPPM à Marseille.
Une ligne sur le pont du Castor, prête à être déployée à 2500 m de profondeur.(Photo L. Fabre/CEA)
Assemblage des lignes à l'Irfu.(Photos CEA/Irfu)
Bien que le détecteur soit tout juste complet, et grâce aux données enregistrées avec les lignes déjà installées, les physiciens ont déjà identifié plusieurs centaines de neutrinos issus de l’interaction du rayonnement cosmique dans l’atmosphère aux antipodes du détecteur. Parmi ceux-là pourraient se cacher quelques neutrinos issus d’une source, loin dans l’Univers. Seule l’accumulation des données permettra de les débusquer.
Antares constitue également une infrastructure scientifique sous-marine permanente et multidisciplinaire, déjà équipée d’instruments, certains regroupés sur une treizième ligne spécifique : sismographes, mesures de la température, de la concentration en oxygène, caméra à l’affut de la faune abyssale… Ils permettront d’apporter des éléments de réponse aux questions posées par d’autres domaines scientifiques comme l’océanographie ou la climatologie.
Interview de Thierry Stolarczyck (vidéo Windows Media Player)
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Pour en savoir plus: le site Web d'Antares
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