Département de Physique des Particules

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.

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.