IceCube est une expérience unique en son genre. Il s’agit d’un télescope terrestre utilisant la calotte polaire Antarctique comme milieu de détection. En surface, le détecteur laisse une empreinte d’un kilomètre carré, à proximité de la base antarctique Amundsen-Scott au Pôle Sud. Mais c’est en profondeur, enfoui sous 1450 mètres de glace, qu’IceCube réalise ses prouesses.
À cet endroit, un ensemble de 5000 senseurs, déployés dans un kilomètre cube de glace, tente de mesurer les signaux laissés dans la glace par des neutrinos en provenance de l’espace. Ces neutrinos proviendraient du même environnement que celui où les rayons cosmiques sont accélérés à des énergies extrêmement élevées. Les rayons cosmiques sont principalement composés de protons et de noyaux atomiques voyageant à de très hautes énergies, et, depuis la découverte de leur existence en 1912, leur origine demeure un mystère.
Malheureusement, les neutrinos ne sont pas les seules particules capables d’atteindre les senseurs d’IceCube. Chaque jour, des millions de muons créés lors de l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre laissent une trace dans le détecteur. Un muon est une particule chargée similaire à l’électron, mais possédant une masse 200 fois plus grande que ce dernier. En plus des muons, une grande quantité de neutrinos est également produite lors de ces interactions, compliquant ainsi l’identification des neutrinos d’origine cosmique.
Que voit IceCube?
- 250 millions de signaux sont détectés chaque jour, mais seuls quelques centaines d’entre eux proviennent de neutrinos.
- La plupart des neutrinos observés ont été produits dans l’atmosphère terrestre; seuls quelques dizaines de neutrinos par année ont été produits au-delà de notre système solaire.
Video: Why Neutrinos Matter, Ted-Ed Lesson
Article: IceCube Science, http://student.societyforscience.org/article/icecube-science
Video: IceCube Neutrino Observatory: Animated Overview
The video above was produced by Casey O’Hara, a PolarTREC teacher that worked with IceCube team in 2009-2010 season.
Pourquoi étudier les neutrinos?
Les neutrinos sont de très petites particules capables de traverser l’Univers, en passant au travers des étoiles et des galaxies, sans ralentir ou changer de direction. Ils sont électriquement neutres, ont une masse infinitésimale, et ne ressentent pas les effets de la force nucléaire forte. Les neutrinos interagissent cependant par le biais de la force nucléaire faible.
Les neutrinos sont partout. Certains furent créés lors des premiers instants suivant le Big Bang tandis que d’autres sont générés à l’intérieur ou à proximité d’objets cosmiques de nature extrême, tels que les trous noirs. Les réactions nucléaires alimentant le Soleil produisent une grande quantité de neutrinos, de même que l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre.
Les neutrinos peuplent tout l’Univers, à une densité de 300 particules par centimètre cube. Ils constituent le second type de particules les plus abondantes dans l’Univers, après les photons. Des milliards de neutrinos d’origine solaire pénètrent chaque recoin de la Terre toutes les secondes; des million de milliards d’entre eux sont également créés chaque minute par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre.
Les neutrinos sont difficiles à détecter malgré leur abondance, car il s’agit de petites particules neutres n’interagissant qu’avec la force nucléaire faible. C’est pourquoi les scientifiques les décrivent souvent comme des particules fantômes.
Les neutrinos sont l’objet de recherches depuis plus de 60 ans, mais IceCube fut construit avec l’objectif d’inaugurer une nouvelle ère en astronomie, à l’aide des neutrinos. Les neutrinos de très hautes énergies provenant de l’extérieur du système solaire constituent des messagers cosmiques idéaux. Ce sont les seules particules qui pointent vers leur origine, et leurs propriétés nous permettent d’étudier les puissants processus physiques les ayant créés, qui sont également la source des événements les plus extrêmes de notre Univers.
Le déploiement d’IceCube s’est achevé en décembre 2010 et depuis, le détecteur a déjà observé les neutrinos les plus énergétiques jamais détectés. La première preuve d’un flux de neutrinos cosmiques de très haute énergie a fait l’objet d’une publication dans la revue Science en novembre 2013, et de nouvelles découvertes sont aujourd’hui à portée de main!
Article: Cosmic Gall, a poem about the neutrino, by John Updike
http://www.symmetrymagazine.org/article/february-2011/deconstruction-cosmic-gall
Article: Neutrino, explain it in 60 seconds
http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2010/explain-it-in-60-seconds-neutrino
Video: Neutrinos: Nature’s Ghosts?
