AMANDA: un téléscope à neutrinos dans la glace de l’Antarctique

L’univers est plein de mystères. Seulement une partie de ces phénomènes énigmatiques peut être perçue par l’œil humain. Les scientifiques peuvent décoder les messages invisibles venant du cosmos uniquement en utilisant des systèmes modernes de détection.

Depuis peu, une nouvelle fenêtre est ouverte sur l’univers, elle nous a permis de voir l'espace sous une lumière totalement différente : l’astronomie du neutrino. Les physiciens américains, allemand, suédois et belges, ont construit un nouveau télescope à neutrino. Il consiste en 670 capteurs de lumière, qui sont insérés dans la glace du Pôle Sud. Il s’appelle AMANDA !

AMANDA est une batterie d’engins pour détecter les muons et les neutrinos. Une pluie constante de rayons cosmiques traverse l’univers : lumière, nucléons, neutrinos et muons.

Les neutrinos sont des particules élémentaires extrêmement petites qui ont des propriétés très particulières : une forte antipathie pour les interactions avec le reste de la matière. Alors que la lumière et les nucléons sont souvent engloutis par les nuages de poussières cosmiques, les neutrinos voyagent au travers de l’espace sans être le moins du monde altérés.

Des milliards de neutrinos atteignent la terre chaque seconde. Comme des messagers de leur point d’origine, ils diffusent les informations depuis des galaxies très éloignées, des explosions de supernova ou des objets célestes encore inconnus.

Les neutrinos restent inchangés lorsqu’ils pénètrent la terre et même durant tout leur voyage à travers le centre rougeoyant de notre planète. Sont-ils complètement inchangés ? Pas tout à fait.

Une vue microscopique nous montre comment le voyage de ces particules fantômes peut parfois être stoppé : par une collision extrêmement rare avec le noyau d’un atome.

Voici une collision de neutrino avec une molécule d’eau de la glace arctique. Cette collision brise le noyau des nucléons et le neutrino se convertit en muon, lequel est en fait un électron lourd.

A partir de là, vous pouvez avoir une autre vue sur la naissance du muon. Ce muon particulier va être observé par les détecteurs. Les muons sont capables de voyager de nombreux kilomètres à travers la glace. Vous pouvez identifier un muon qui voyage presque à la vitesse de la lumière par un cône de lumière qui le suit. Ce cône est semblable à un bateau créant des vagues derrière lui. En étudiant ce cône de lumière, vous pouvez reconstruire la trace du muon.

Sur le pourtour de ce cône est émise une onde électromagnétique presque indétectable, faible et de couleur bleue. Pris ensemble, tous ces rayons émis forment un cône dont l’axe est la trajectoire du muon. Dans l'obscurité de la glace antarctique, cette lueur peut être détectée jusqu'à 100 m de distance. Le détecteur d'Amanda, congelé à une profondeur allant de 1500 à 2000 m, est optimisé afin de voir cette lumière. Chaque module optique d’AMANDA est construit à l’aide de puissants capteurs de lumière qui sont enfermés dans une sphère de verre résistante aux hautes pressions qui règnent à ces profondeur. Plusieurs centaines de ces derniers, attachés à des câbles en acier, ont été placés entre 1996 et 1999 à plus d'un kilomètre et demi de profondeur dans la glace du Pôle Sud pour observer ces cônes de lumière.

Quand un muon traverse le détecteur d'Amanda, chaque module optique enregistre la faible lumière perçue en moins d'un milliardième de secondes. Les capteurs convertissent la lumière en signaux électriques, qui remontent vers la surface de la terre. Pour visualiser un événement Amanda appuiez ici ou ici.

Le laboratoire d’AMANDA est situé au Pôle Sud, de même que son centre de gestion par ordinateur qui mémorise et traite les données. Les scientifiques du centre contrôlent l'enregistrement des données et en font l'analyse initiale. Des programmes complexes sur ordinateurs étudient l'ordre chronologique et l'intensité des signaux. À partir de cette information, les scientifiques peuvent calculer l'information la plus importante: quelle est la direction initiale du neutrino.

Plusieurs centaines de réactions de neutrino ont été détectées dans les phases d'essai des dernières années. En janvier 2000, scientifiques et ingénieurs pouvaient terminer la deuxième phase du développement d'AMANDA. Il y a maintenant 670 capteurs de lumière dans la glace et dans quelques années, un télescope beaucoup plus grand ( un kilomètre cube) avec 5000 capteurs sera construit.

Que découvriront les physiciens ? D’énormes jets d'énergie qui produisent les rayons cosmiques ? L'origine de la matière noire ? La naissance d'une supernova ? Ou quelque chose de totalement différent, quelque chose qui n’a pas été prévu dans la liste de leurs prévisions ?

La nature montre presque toujours plus d'imagination que l’esprit des physiciens. Quelles surprises le cosmos leur apportera-t-il grâce à AMANDA?