Observer l'Univers avec un télescope à neutrinos

Le programme scientifique d'ANTARES se divise en trois thèmes majeurs :

l'observation de l'oscillation des neutrinos;
la recherche de matière noire;
l'astronomie et l'astrophysique de sources lointaines.

Astronomie et astrophysique

Les deux sources astrophysiques connues de neutrinos sont le Soleil et l'explosion de supernovae (avec l'observation en 1997 de SN1987A). Ces deux sources produisent des neutrinos de basse énergie qui ne peuvent être observés par ANTARES (bien qu'une bouffée de neutrinos provenant de l'explosion d'une supernova proche pourrait produire une brève "illumination" du détecteur). Mais il existe de nombreux processus dans l'univers qui pourraient conduire à la production de neutrinos de haute énergie, susceptibles d'être détectés par ANTARES. Il s'agit de toutes les sources potentielles de rayons cosmiques primaires (protons et noyaux d'atomes plus lourds). En effet ces rayons cosmiques en interagissant avec la matière environnante produisent des photons, déjà observés par des détecteurs au sol ou embarqués sur des satellites. Or dans bien des cas, il est indubitable que cette production de photons s'accompagne de la production de neutrinos.

Les sources possibles se situent dans la galaxie : Un systéme binaire

Systèmes binaires où la matière de l'une des étoiles est absorbée et donc accélérée vers l'astre compagnon (trou noir ou étoile à neutron);
Supernovae et restes de supernovae.

Hors de la galaxie, les objets suivants peuvent également produire des neutrinos:

Noyaux actifs de galaxie contenant des étoiles à neutrons ou des trous noirs vers lesquels s'effondre la matière;
Émetteurs de bouffées de rayons gammas, des photons très énergétiques.

Mais l'histoire de l'astronomie nous apprend que l'ouverture d'une toute nouvelle fenêtre d'observation conduit généralement à la découverte de processus non prédits jusque là.

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Oscillations des neutrinos

Pour en savoir plus sur le modèle standard et les oscillations de neutrinos, consultez les liens de physique subatomique du site Pop Physics de la Société Française de Physique.

Dans le modèle dit "standard" de la physique des particules, les neutrinos n'ont pas de masse, à l'instar du photon. Mais des observations récentes des neutrinos solaires et des neutrinos produits dans l'atmosphère par l'interaction des rayons cosmiques, laissent à penser qu'en fait, les neutrinos sont massifs. Attribuer une masse aux neutrinos constituerait une physique au-delà de ce modèle standard.

Les neutrinos existent en trois états de saveur correspondant à l'électron, au muon et au lepton tau. Si les neutrinos sont massifs, un neutrino d'une saveur donnée est capable de se transformer en un neutrino d'une autre saveur lors de son voyage vers le détecteur. C'est ce que l'on appelle l'oscillation des neutrinos.

Dans l'atmosphère, l'interaction des rayons cosmiques produit des neutrinos de saveur électron et muon. Observer le rapport de ces deux saveurs détectées dans ANTARES permet, comme l'a fait récemment l'expérience SuperKamiokande, de déterminer si les neutrinos oscillent et donc, si ils sont massifs.

L'énergie des neutrinos produits dans l'atmosphère est telle qu'il peuvent être détectés par ANTARES qui peut donc espérer contribuer à cette longue quête de la masse du neutrino.

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Matière noire et cosmologie

Les recherches conduites ces dernières années par de nombreuses expériences tendent à prouver que l'essentiel de la masse de l'Univers est "non-lumineuse" et difficilement détectable. Cette matière noire pourrait être constituée, au moins en partie, d'une particule appelée le neutralino, la particule la plus légère des modèles de physique des particules dits "supersymétriques". Ces modèles vont au-delà du modèle standard en simplifiant la vision de notre monde physique au prix de la présence de nombreuses particules nouvelles associées à celles déjà répertoriées.

Les neutralinos ne peuvent être directement détectés par un appareillage tel qu'ANTARES. Mais ces particules, si elles existent, pourraient être piégées au centre des objets célestes massifs comme la Terre ou le Soleil. Si leur densité est suffisante, ces particules pourraient alors s'annihiler entre elles (l'anti-particule du neutralino et le neutralino lui-même), donnant naissance à des particules énergétiques dont des neutrinos. Ces neutrinos en provenance du centre de la Terre ou du Soleil pourraient être observés par ANTARES.

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