Détecteur de neutrinos au Pôle Sud géographique  ( Base américaine Amoudsen-Scott )

89 degrés 59' 51'' S   139 degrés 16' 22 '' O,   soit à 250 mètres près environ du pôle sud

Source :  http://ec.europa.eu/index_fr.htm

 

 


Amoudsen-Scott

Base américaine Amoudsen-Scott  au pôle Sud ( géographique ).

 

 

Lancé à l'initiative de l'université du Wisconsin à Madison et financé à hauteur de la coquette somme de 295 millions de dollars par la National Science Foundation (NSF) des Etats-Unis en association avec plusieurs universités européennes de Suède, de Belgique, d'Allemagne, du Royaume-Uni et des Pays-Bas, IceCube

questions fondamentales posées par l'astrophysique et la cosmologie.

 est de loin le projet le plus ambitieux et le plus coûteux actuellement en cours en Antarctique.

Les neutrinos

Enfoui profondément dans la calotte glaciaire de l'Est antarctique, un gigantesque détecteur de neutrinos de haute énergie, dont l'achèvement est prévu pour 2009, pourrait fournir aux scientifiques, européens compris, une fenêtre

Les neutrinos sont des particules élémentaires, de masse pratiquement nulle, qui sont engendrées par des réactions nucléaires. Tandis que le Soleil et autres phénomènes approchants produisent des neutrinos de basse énergie, les neutrinos de haute énergie sont produits par des cataclysmes cosmiques lointains et extrêmement violents tels que les trous noirs, les supernovas et le Big Bang.

sans précédent sur l'Univers de même qu'un outil pour répondre à certaines des

Une fois engendrés par ces cataclysmes cosmiques, les neutrinos se déplacent à une vitesse proche de la lumière et ne s'arrêtent pas. Leur masse étant virtuellement nulle, ils n'interagissent que très rarement avec d'autres particules, ce qui leur permet de se déplacer en ligne droite jusqu'aux frontières de l'Univers, traversant les étoiles, les planètes, de vastes champs magnétiques et des galaxies entières comme si ceux-ci n'existaient pas. Des trillions de neutrinos traversent la Terre toutes les nanosecondes et pour les astrophysiciens, chacune de ces particules infimes constitue un messager potentiel transportant des informations sur son origine.

Le problème qui se pose toutefois aux scientifiques est que les propriétés mêmes qui permettent aux neutrinos de transporter ces informations les rendent notoirement difficiles à détecter. Heureusement, il arrive qu'à de rares occasions, un neutrino de haute énergie entre en collision avec un atome. La collision désintègre le noyau de celle-ci et le neutrino se transforme en une autre particule appelée muon. Le muon ainsi créé continue son déplacement sur une trajectoire identique à celle du neutrino et peut être reconnu grâce au cône de lumière bleue qu'il engendre. Connu sous le nom de radiation de Tcherenkov, ce cône peut être comparé aux ondes produites dans l'air traversé par une balle.

 

IceCube

Toutefois, pour avoir la chance de détecter une telle collision en apercevant la radiation de Tcherenkov laissée dans son sillage par le muon, les scientifiques doivent pouvoir surveiller un volume gigantesque d'une substance qui soit à la fois parfaitement transparente et plongée dans l'obscurité. La création d'un tel détecteur a été tentée pour la première fois au début des années 1980 au large de Hawaii en plongeant des détecteurs dans les profondeurs de l'océan. Malheureusement, l'expérience fut perturbée par l'imprévisibilité des conditions météorologiques et l'instabilité de la mer.

Ce n'est que quelques années plus tard que l'on imagina que la glace serait la solution idéale. Prolongement du détecteur antarctique de muons et de neutrinos de première génération AMANDA (Antarctic Muon and Neutrino Detector), IceCube, lorsqu'il sera achevé, sera constitué de 5 000 détecteurs photomultiplicateurs enchâssés dans 1 km3 de la calotte glaciaire antarctique entre 1 400 à 2 400 mètres de profondeur sous le pôle Sud: un environnement non seulement plongé dans l'obscurité, mais où la pression est si forte que toutes les bulles d'air et autres éléments perturbateurs ont été expulsés de la glace qui présente ainsi la clarté du cristal.

Une fois mis en place, les détecteurs photomultiplicateurs agiront comme de puissants capteurs pour détecter les traînées engendrées par la radiation de Tcherenkov des muons, amplifier ces faibles signaux plus d'une centaine de millions de fois et envoyer ceux-ci vers la surface où ils seront traités par ordinateur. Sur la base de cette information, les scientifiques calculeront la direction d'où provient le neutrino initial et l'endroit dans l'espace où ils pourront trouver l'événement cosmique qui l'a engendré. Dès qu'ils auront localisé l'événement, ils seront en mesure de l'étudier directement.  

 

 

 

 

 

Une fenêtre sur l'univers

D'après Francis Halzen, professeur à l'université du Wisconsin et directeur de recherche des projets AMANDA et IceCube, l'aspect le plus extraordinaire de IceCube n'est pas tant les réponses que ce projet est susceptible d'apporter aux questions que nous nous posons aujourd'hui au sujet des trous noirs, des supernovas, du Big Bang, de la matière noire et du futur de l'Univers, mais le fait que par le passé, à chaque fois que des astronomes ont ouvert une nouvelle fenêtre sur le cosmos, ils ont découvert des choses dont ils ne soupçonnaient même pas l'existance l'existence.

 

 

 

 

 

Icecube 

 

 

  

Vue d'artiste du cône de lumière bleue engendré par la radiation de Tcherenkov dans le télescope IceCube. La matrice de capteurs optiques sphériques permet à IceCube de détecter et de retracer la trajectoire d'un muon et de son neutrino d'origine.

 

 

 

Des neutrinos cosmiques détectés en Antarctique

vendredi 22 novembre 2013

Par Nicolas Revoy

 

Des neutrinos cosmiques, soit des particules élémentaires qui se sont formées à l'extérieur de notre système solaire, ont été identifiées par un détecteur de particules enfoui dans les glaces de l'Antarctique, appelé IceCube (ci-dessus). Crédits : Sven Lidstrom / IceCube / NSF

Des neutrinos cosmiques, soit des particules dont l'origine est à rechercher à l'extérieur du système solaire, ont été captés par un détecteur de particules situé en Antarctique.

La nouvelle fait la une de l’édition du 22 novembre 2013 de la revue Science. Et il y a de quoi, puisqu’on y apprend qu’entre mai 2010 à mai 2012, IceCube, ce détecteur de particules géant enfoui sous les glaces de l’Antarctique, a détecté le passage de visiteurs pour le moins inhabituels : 28 neutrinos (les neutrinos sont des particules élémentaires de masse pratiquement nulle) qui ne se sont pas formés dans le système solaire comme c’est le cas de la grande majorité des neutrinos qui frappent la Terre… mais en dehors du système solaire, dans le cosmos. Soit en d’autres termes, des « neutrinos cosmiques ».

Pour comprendre, il faut savoir que la majorité des neutrinos décelés par les détecteurs de particules terrestres sont de deux types. D’une part, il y a les neutrinos produits par le Soleil lui-même, dont certains franchissent l’atmosphère terrestre et viennent donc heurter la surface de la Terre. Et d’autre part, il y a les neutrinos qui se forment lorsque les rayons cosmiques (des rayons dont l’origine est donc à rechercher en dehors du système solaire) viennent heurter l’atmosphère terrestre, mais sans parvenir à y entrer : ces chocs ont pour effet de produire « localement », c’est-à-dire dans notre atmosphère, des neutrinos qui viennent alors frapper la surface de la Terre.En d’autres termes, les neutrinos qui heurtent habituellement la Terre se forment soit dans le Soleil, soit dans l’atmosphère terrestre. Donc dans les deux cas, ces neutrinos sont créés à l’intérieur du système solaire.

Mais pour les 28 neutrinos dont il est question ici, l’histoire est bien différente : ils ne se sont  pas formés à l’intérieur du système solaire, mais à l’extérieur. Et probablement même très loin de notre système solaire, à la suite de phénomènes cosmiques de grande ampleur, tels des effondrements gravitationnels d'étoiles (ce phénomène se produit à la fin du cycle de vie d'une étoile, lorsque cette dernière s'effondre sur elle-même sous l'effet de sa propre gravité) ou de jets de particules émis par des trous noirs.

Revenons aux 28 neutrinos décelés par le détecteur de particules IceCube : en quoi ces particules portent-t-elles la signature d'une origine extrasolaire ? Tout simplement parce qu’elles se caractérisent par un niveau d'énergie beaucoup trop élevé pour avoir été créées au sein de notre système solaire. En effet, leur niveau d’énergie est compris entre 30 et 1200 Téra-électronvolt (TeV), soit des niveaux d’énergie bien plus élevés que les neutrinos créés à l’intérieur de notre système solaire.

Parmi ces 28 neutrinos de haute énergie, deux d'entre sont dotés d'un niveau d'énergie record : en effet, ce niveau excède le péta-électonvolt (PeV), soit plusieurs dizaines de milliers de fois l’énergie du neutrino le plus énergétique jamais produit dans l’atmosphère ou par un accélérateur de particules !

Notons que la découverte de ces 28 neutrinos avait déjà été révélée le 15 mai 2013 par les physiciens du détecteur IceCube, au cours du Particle Astrophysics Symposium organisé à Madison (Wisconsin, États-Unis). Une annonce dont le Journal de la Science vous avait d’ailleurs fait part dès cette époque. A cette époque, les résultats n’avaient pas encore été publiés dans une revue scientifique.

Par ailleurs, signalons que la détection des deux neutrinos ultra-énergétiques (baptisés Bert et Ernie par les scientifiques qui les avaient détectés) dépassant le Péta-électronvolt dont il est question ci-dessus, avaient été dévoilée encore un peu plus tôt dans l’année, le 22 avril 2013. A cette occasion, les auteurs de la découverte avaient d'ailleurs déjà fait l'hypothèse que l'origine de ces deux particules était très probablement à rechercher hors de notre système solaire (pour accéder à un compte-rendu de ces résultats,  consulter l'article "IceCube neutrinos came from outer space" publié sur le site de Nature le 22 avril 2013).

 

Dernière nouvelles: Un neutrino qui bat tous les records d’énergie   4 août 2015