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Activités

Installé sur le fond méditerranéen, à près de 2500 m de profondeur à 40 km au large de Toulon, ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch) est le premier télescope à neutrinos sous-marin opérationnel. Ses 12 lignes équipées de près de 900 photomultiplicateurs scrutent les abysses depuis mai 2008 afin de discerner les photons générés par effet Čerenkov le long de la trajectoire de muons ultra-relativistes.

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Illustration du principe de détection d'un neutrino astrophysique par ANTARES.
(©2005 : Alexander Kappes)

L'identification de ces photons est rendue difficile par la présence de lumière Čerenkov due aux produits issus de la désintégration de noyaux radioactifs naturels (essentiellement du potassium 40), ainsi que par la bioluminescence émise par les organismes sous-marins — ces informations sont toutefois mises à profit pour l'étude du milieu marin, ce qui fait d'ANTARES un observatoire océanographique unique en son genre.

Certains des plus violents phénomènes astrophysiques échappent à la portée des instruments traditionnels, la lumière étant absorbée avant de parvenir sur Terre. N'interagissant que très faiblement avec la matière, le neutrino constitue un candidat idéal à l'étude de tels phénomènes. C'est l'enjeu premier des télescopes à neutrinos que de mettre en évidence l'existence de neutrinos de très haute énergie (supérieure au TeV) d'origine astrophysique et de les associer à leur source. Le télescope ANTARES est l'un des pionniers de cette discipline, et le premier dans l'hémisphère nord.

Le neutrino est par essence une particule difficile à appréhender, mais son interaction avec la Terre peut produire un muon, dont la détection est relativement aisée. La tâche est rendue ardue par la grande quantité de muons générés par l'interaction de particules cosmiques avec l'atmosphère, même si l'épaisseur d'eau surplombant ANTARES atténue cette quantité de manière conséquente. La direction montante des muons issus de l'interaction de neutrinos avec la Terre permet de les discriminer des muons produits dans l'atmosphère. En revanche, les neutrinos dits « atmosphériques », également issus de l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère, constituent un bruit de fond irréductible.

Le potentiel scientifique d'ANTARES ne se résume cependant pas à la recherche de neutrinos astrophysiques de très haute énergie et à l'observation du monde sous-marin : l'observation de neutrinos atmosphériques d'énergie plus réduite (de quelques dizaines à quelques centaines de GeV), dont l'existence est quant à elle avérée, devrait permettre d'améliorer les connaissances sur les paramètres d'oscillations des neutrinos. Une accumulation de neutrinos d'énergie relativement basse dans une direction particulière pourrait également, selon certains modèles théoriques, être une indication de la présence de matière noire.

Les activités du groupe ANTARES au LPC (Laboratoire de Physique Corpusculaire de Clermont-Ferrand) se concentrent actuellement sur ces derniers aspects, à commencer par le développement d'outils dédiés à la reconstruction des muons de basse énergie, dont la détection est dégradée du fait de la granularité du détecteur — celui-ci étant optimisé pour les neutrinos de très haute énergie.