Les physiciens qui utilisent l’observatoire de neutrinos IceCube – un détecteur de la taille d’un kilomètre cube enfoncé dans la couche de glace au pôle Sud – ont annoncé une nouvelle observation de neutrinos de haute énergie provenant d’au-delà du système solaire et de notre Voie lactée. La première preuve de la présence de neutrinos astrophysiques avait été annoncée par l’équipe en novembre 2013. Les résultats publiés cette semaine dans la revue Physical Review Letters constituent la première confirmation indépendante de cette découverte.
Un graphique de l’un des événements de neutrinos de plus haute énergie est superposé à une vue de l’observatoire de neutrinos IceCube à la station Amundsen-Scott South Pole de la NSF. Crédit image : Collaboration IceCube.
Comme les neutrinos n’ont pratiquement pas de masse ni de charge électrique, ils peuvent être très difficiles à détecter et ne sont observés qu’indirectement lorsqu’ils entrent en collision avec d’autres particules pour créer des muons, des particules secondaires révélatrices. De plus, il existe différents types de neutrinos produits dans différents processus astrophysiques.
L’observatoire de neutrinos IceCube enregistre chaque année une centaine de milliers de neutrinos, dont la plupart sont produits par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre. Des milliards de muons atmosphériques créés lors de ces mêmes interactions laissent également des traces dans le détecteur.
Et parmi tous ces éléments, les physiciens ne recherchent que quelques dizaines de neutrinos astrophysiques, qui élargiront notre compréhension actuelle de l’Univers.
Plus de 35 000 neutrinos ont été trouvés dans les données enregistrées par IceCube entre mai 2010 et mai 2012.
Cependant, seuls 21 de ces événements neutrinos ont été synchronisés à des niveaux d’énergie indiquant des sources astrophysiques.
“Il s’agit d’une excellente confirmation des récentes découvertes d’IceCube, qui ouvre les portes d’une nouvelle ère dans le domaine de la physique des particules”, a déclaré le Dr Vladimir Papitashvili de la division des programmes polaires de la NSF.
Les dernières observations ont été réalisées en pointant le détecteur IceCube à travers la Terre pour observer le ciel de l’hémisphère nord.
Les neutrinos de haute énergie observés constituent un tout nouvel échantillon de neutrinos, avec un seul événement en commun avec les premiers résultats annoncés en 2013, qui recherchaient des neutrinos de haute énergie qui avaient interagi avec la glace à l’intérieur d’IceCube pendant la même période de prise de données.
La recherche actuelle portait uniquement sur les neutrinos du muon. Ces neutrinos produisent un muon lorsqu’ils interagissent avec la glace et possèdent une signature caractéristique dans IceCube, appelée trace, qui permet de les identifier facilement.
La même forme est attendue pour un muon atmosphérique, mais en ne regardant que l’hémisphère nord, les physiciens savent qu’un muon détecté n’a pu être produit que par une interaction de neutrinos.
“La recherche de neutrinos muoniques atteignant le détecteur à travers la Terre est la façon dont IceCube était censé faire de l’astronomie neutrino et il l’a fait. Il s’agit de la confirmation la plus indépendante que l’on puisse obtenir avec un instrument unique”, a déclaré le professeur Francis Halzen de l’Université de Wisconsin-Madison, chercheur principal d’IceCube.
Mais si ces nouvelles observations confirment l’existence de neutrinos astrophysiques, les sources ponctuelles de neutrinos de haute énergie restent à identifier.
“Bien que les traces induites par les neutrinos enregistrées par le détecteur IceCube aient une bonne résolution de pointage, à moins d’un degré près, l’équipe d’IceCube n’a pas observé un nombre significatif de neutrinos émanant d’une source unique”, a déclaré le professeur Albrecht Karle, également de l’Université de Wisconsin-Madison.
Les neutrinos observés lors de la dernière recherche ont cependant des niveaux d’énergie identiques à ceux observés lorsque l’observatoire a échantillonné le ciel de l’hémisphère sud.
“Cela suggère que de nombreuses sources potentielles de neutrinos de haute énergie sont générées au-delà de la Voie lactée”, a déclaré le professeur Karle.
“S’il y avait un nombre significatif de sources dans notre propre Galaxie, le détecteur IceCube s’allumerait lors de l’observation du plan de notre Galaxie – la région où la plupart des sources génératrices de neutrinos se trouveraient probablement.”
“Le plan de la Galaxie est l’endroit où se trouvent les étoiles. C’est là que les rayons cosmiques sont accélérés, on s’attendrait donc à y voir plus de sources. Mais les neutrinos de plus haute énergie que nous avons observés proviennent de directions aléatoires”, a déclaré le professeur Karle. “C’est une confirmation solide que la découverte de neutrinos cosmiques provenant d’au-delà de notre Galaxie est réelle”.
En outre, les nouveaux neutrinos à haute énergiecombiné aux mesures précédentes d’IceCube, permet d’obtenir les mesures les plus précises à ce jour du spectre d’énergie et de la composition de type neutrinos du flux de neutrinos extraterrestres. Ces résultats sont publiés dans un article d’accompagnement de la publication Astrophysical Journal.
