Regarder le ciel à travers la terre
"La Minute Recherche"
Depuis toujours, l’homme et certains animaux regardent le ciel et les étoiles en levant les yeux, et l’astronomie optique permet d’observer avec plus de précision en détectant ces « particules de lumière » que sont les photons.
Mais il existe une nouvelle astronomie qui détecte d’autres particules : les neutrinos. Comme elles interagissent très peu, on utilise la Terre comme énorme cible, afin de favoriser leur transformation en d’autres particules, les muons, eux-aussi extrêmement pénétrants, mais plus facilement détectables.
Le télescope ANTARES, situé dans la mer Méditerranée, au large de Toulon, est le premier télescope sous-marin opérationnel. Placées à 2500 mètres de profondeur, des lignes de détection mesurent la lumière émise, dans l’eau, par ces muons de haute énergie et en déduisent leur ligne de vol qui est très proche de celle des neutrinos géniteurs.
Seuls les muons provenant d’en bas sont utilisables ; les muons descendants ne peuvent en effet pas être distingués des muons atmosphériques, produits par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère, qui engendre également les neutrinos dits atmosphériques.
Trois étapes illustrent bien ce type de recherches :
la description d’un instrument complexe et pluridisciplinaire : en effet, même si défini pour la détection de neutrinos, le télescope est également un observatoire permanent des milieux marins profonds permettant des études poussées de l’écosystème ;
la mise au point d’un algorithme de reconstruction des trajectoires des muons qui retrouve les quelques signaux optiques dus à des muons, dans un bruit optique non cohérent le dépassant de quelques ordres de grandeur ;
les premiers résultats sur les recherches de signaux de neutrinos cosmiques au sein du bruit de fond important de muons et neutrinos atmosphériques.
Parmi les buts ultimes de cette expérience, il y a la cartographie du ciel en termes d’objets célestes émetteurs de neutrinos et la recherche de matière noire. En effet, une hypothèse permettant d’expliquer le problème de longue date des courbes de rotation des galaxies est basée sur la présence dans l’Univers de matière sensible à la gravitation, mais invisible avec des photons. Son accumulation dans des objets denses conduirait à sa détection via le signal de neutrinos qu’elle engendrait.
Il y a également des retombées dans d’autres domaines qui ont trait aux sciences de la mer et de la terre, comme par exemple la radiographie par absorption de la structure interne de la Terre à partir de l’analyse du flux de neutrinos atmosphériques la traversant.
Un résumé conçu par Cristina Carloganu, chercheuse au Laboratoire de Physique Corpusculaire (LPC/UMR 6533) de l’Université Blaise-Pascal.
Références de l’article :
- “Antares : the first undersea neutrino telescope”
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 656 (2011) 11-38
- “A fast algorithm for Muon Track Reconstruction and its application to the ANTARES neutrino Telescope”
Astroparticle Physics 34 (2011) 652-662
- Search for a diffuse flux of high energy vµ with the ANTARES neutrino telescope”
Phys Letter B 696 (2011) 16-22
Publié le 17 janvier
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Un site web, celui de l’expérience internationale ANTARES : présentation, galerie photos, animations ...
