Un nouveau détecteur de lumière pour le futur télescope à neutrinos KM3NeT

La collaboration internationale KM3NeT, composée de 300 chercheurs et ingénieurs dont des équipes françaises du CNRS et des universités a déployé le 16 avril 2013 pour la première fois le prototype d'un nouveau détecteur de lumière. L'opération, effectuée avec succès sur Antares au large de Toulon dans le cadre du projet Meust, marque la validation de l'utilisation de ce type de détecteur pour le futur télescope à neutrinos KM3NeT.


Ce détecteur de lumière, baptisé DOM (Digital Optical Module), constitue l'élément de base du futur télescope à neutrinos KM3NeT qui sera installé en Mer Méditerranée, par 2500 à 3500 mètres de profondeur. La première partie du télescope sera déployée en France, au large de Toulon auprès de l'infrastructure Meust et en Italie, au large de Capo Passero.

Ce télescope est destiné à observer aussi bien les neutrinos cosmiques – ces neutrinos émis par le cœur des sources astrophysiques les plus énergétiques de l'Univers, comme les explosions d'étoiles ou les trous noirs – que les neutrinos produits par la matière noire de l'Univers.

Le premier prototype de DOM a été déployé en le fixant sur une ligne spéciale du télescope à neutrinos Antares, installé au large de Toulon par 2 475 mètres de profondeur, dédiée aux développements et aux tests d'instrumentation en mer profonde.

Le DOM de KM3NeT est constitué de 31 photomultiplicateurs (PMTs) de 3 pouces de diamètre, intégrés dans une sphère en verre de 17 pouces résistant à la pression ambiante du fond de la mer. L'adoption de ces PMTs permet d'intégrer 3 fois plus de surface de photocathode dans une seule sphère en comparaison aux PMTs de 10 pouces utilisés par Antares. Ils permettent également d'améliorer les possibilités de comptage de photons ainsi que d'obtenir de l'information complémentaire sur la direction des photons incidents, utiles pour la réjection des bruits de fond optiques.

Le DOM incorpore également le nouveau système de lecture de KM3NeT basé sur la transmission des données par fibres optiques avec des techniques de multiplexage par longueurs d'ondes DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing). Chaque DOM transmet ses données à terre par la réflexion et la modulation numérique de la lumière reçue d'un laser dédié opéré à terre. Le fonctionnement actuel du DOM utilise un taux de transmission de 150 Mbit/s sur une distance d'environ 42 kilomètres, bien en-deçà de la bande passante maximale disponible.

Les premières données du DOM sur le site d'Antares montrent que les performances mesurées sont conformes aux prédictions et valident l'utilisation de ce type de capteur pour le futur télescope KM3NeT.


Note:

Les laboratoires français impliqués dans Meust/KM3NeT sont:
- APC, Astroparticule et cosmologie (CNRS/ Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris),
- CPPM, Centre de physique des Particules de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université),
- IPHC, Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université de Strasbourg),
- MIO, Institut méditerranéen d'océanologie (CNRS/Aix-Marseille Université/Université du Sud Toulon Var/IRD),
- DT-INSU, Division technique de l'Institut national des sciences de l'univers du CNRS.
- Le CEA/Irfu a aussi contribué à la phase préparatoire de KM3NeT qui a construit le prototype de DOM.