Les neutrinos sont parmi les particules les plus insaisissables de l'univers. Pourtant, certains sont occasionnellement détectés, comme par le gigantesque observatoire IceCube enfoui dans la glace antarctique.
L'observatoire IceCube, composé de plus de 5 160 détecteurs optiques intégrés dans une glace d'un kilomètre cube à 2,5 km de profondeur sous le pôle Sud, traque les neutrinos depuis des années.
Les résultats correspondent parfaitement aux prédictions du modèle standard, ce qui renforce sa validité.
Le "champ de vision" d'IceCube s'étend vers le haut (espace) et vers le bas (sens opposé). En comparant les flux de neutrinos des deux directions, les physiciens mesurent la probabilité d'interaction d'un neutrino avec une particule de matière, comme un proton ou un neutron. Cette probabilité est infime, et le modèle standard – référence en physique des particules – n'offre que des estimations théoriques. Les premières données expérimentales testeront sa robustesse.
Selon le modèle standard, cette probabilité croît avec l'énergie des neutrinos. IceCube cible ainsi les neutrinos de haute énergie issus de l'atmosphère terrestre (produits par les rayons cosmiques heurtant azote et oxygène), du Soleil ou d'objets cosmiques lointains.
L'équipe dirigée par Francis Halzen, physicien belgo-américain, a analysé plus de dix mille neutrinos de haute énergie détectés entre 2010 et 2011. Ces résultats, conformes au modèle standard, déçoivent peut-être les espoirs de révolution, mais confirment sa fiabilité. Plus de neutrinos arrivent d'en haut que d'en bas, soulignant l'opacité quasi nulle de la Terre aux neutrinos.
"Imaginez IceCube comme un télescope observant l'univers avec des neutrinos au lieu de lumière", explique Francis Halzen. "Des milliards de ces particules élémentaires traversent le détecteur chaque seconde, majoritairement du Soleil ou de l'atmosphère – non prioritaires. Mais certains proviennent des régions extrêmes du cosmos. Sans charge électrique ni masse significative, ils franchissent étoiles et planètes sans déviation, arrivant intacts pour analyse."
"Le détecteur est un bloc de glace d'un kilomètre cube, à un mille sous le pôle Sud. Nous avons foré 86 trous de 2,5 km de profondeur sur un kilomètre cube, injectant de l'eau chaude. Chaque trou abrite un câble avec 60 détecteurs photosensibles, soit 5 160 au total, figés dans la glace."
"Un neutrino sur un million interagit avec un proton ou neutron dans un atome d'hydrogène ou d'oxygène de la glace. Les débris produisent un muon négativement chargé, voyageant dans la même direction et émettant une lumière bleue de Cherenkov. Les capteurs la détectent, convertissent le signal et l'envoient à des ordinateurs de surface."
"D'abord, la glace abondante et pure : les interactions sont rarissimes, nécessitant un volume immense. Sa transparence exceptionnelle, unique au monde, propage la lumière Cherenkov plus loin, réduisant le nombre de capteurs nécessaires."
"Honnêtement, nous l'ignorions initialement – un coup de chance. La vraie raison : la station de recherche existante, essentielle pour logistique, matériaux et accès."
