Premières lumières du détecteur à neutrino KM3NeT/ORCA
Publié par Adrien le 07/11/2017 à 00:00
Source: CNRS-IN2P3
Le 22 septembre 2017, après deux jours d'opération en mer, la première ligne de détection d'ORCA (Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) a été mise en service. Il s'agit là d'une étape clef pour le programme scientifique et technologique de la collaboration internationale KM3NeT (Cubic Kilometer Neutrino Telescope) impliquant quatre laboratoires de l'IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de recherche fondamentale du CNRS dont le domaine de recherche est comme son nom l'indique...). Le détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été...) KM3NeT est un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille...) à neutrinos de seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) génération installé dans les abysses de la Méditerranée.

Situé en mer Méditerranée (Méditerranée signifie entre les terres. La mer Méditerranée est une mer intracontinentale presque fermée située entre l'Europe, l'Afrique et l'Asie et qui s'étend sur une superficie d'environ 2,5...) à 2437 m de profondeur et à 40 km au large de Toulon, le détecteur ORCA et son jumeau (Littéralement, le terme jumeau se réfère à tous les individus (ou l'un de ceux-ci) qui ont partagé le même utérus et qui sont nés le même jour. Les triplés (ou...) ARCA (Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss), situé au large de la Sicile (La Sicile (Sicilia en italien) est une région autonome d'Italie et la plus grande île de la Méditerranée. Son chef-lieu est la ville de Palerme. Le drapeau, la gorgone à trois jambes,...), permettront aux scientifiques de KM3NeT d'étudier les propriétés fondamentales des neutrinos et de faire de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques....) neutrino, avec des neutrinos cosmiques de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) provenant d'événements cataclysmiques dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).

Les neutrinos sont les particules élémentaires les plus insaisissables et leur détection nécessite d'instrumenter d'énormes volumes: les télescopes à neutrinos KM3NeT occuperont plus d'un kilomètre cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des cinq solides de Platon, le seul ayant exactement 6...) d'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.). KM3NeT comprend un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) de plusieurs centaines de lignes de détection, ancrées au fond de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) et maintenues par une bouée immergée. Chaque ligne contient 18 modules optiques de type tubes multi-photomultiplicateurs répartis sur toute sa longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa...). Dans l'obscurité des abysses, les modules optiques enregistrent la faible lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge)....) Cherenkov émise par les particules secondaires issues de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) des neutrinos dans ou à proximité du détecteur.

Paschal Coyle, le coordinateur pour les analyses de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) de KM3NeT et porte-parole pour KM3NeT-France, explique: "Les neutrinos fantomatiques sont notoirement difficiles à détecter. Une fois terminé, le détecteur dense ORCA captera des centaines de milliers de neutrinos atmosphériques résultant d'interactions des rayons cosmiques dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre. Cela nous permettra de déterminer lequel des trois types de neutrinos a la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) la plus lourde, ce qui est une question fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) en physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs...)."


© CNRS Images

Pendant l'opération en mer, la première ligne ORCA, enroulée sur son outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) de déploiement, comme le fil autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter,...) d'une pelote de laine, a été descendue avec précaution du bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer, dirigé ou non par ses occupants. Il répond aux...) jusqu'à sa position finale sur le fond marin. A l'aide d'un robot (Un robot est un dispositif mécatronique (alliant mécanique, électronique et informatique) accomplissant automatiquement soit des tâches qui sont généralement...) sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se déplacent dans deux dimensions et uniquement à la surface, et...), piloté à partir d'un second bateau, la ligne toujours empaquetée a été alors connectée à la boîte de jonction de l'infrastructure sous-marine déjà en place.

Els Koffeman, coordinateur technique de KM3NeT, déclare: "Le télescope est protégé des nombreuses particules produites par l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère au-dessus du télescope, par la grande épaisseur d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) de mer entre la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...) et le détecteur. La construction d'une infrastructure sous-marine aussi complexe à ces profondeurs et à ces pressions représente un énorme défi technique. Pour ces opérations, nous bénéficions de l'aide de nombreux experts du milieu marin présents dans la région Toulonnaise. Nous utilisons un système de positionnement (Les systèmes de géopositionnement satellitaires sont des ensembles composés d’une constellation de satellites artificiels en orbite autour de la Terre et de récepteurs. Le récepteur, qui peut être au sol ou embarqué sur un...) acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la mécanique vibratoire.) de dernière génération pour positionner les lignes de détection sur le fond marin avec une précision inférieure au mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...)."


© COMEX

Une fois les connexions électriques et optiques vérifiées avec la station terrestre à La Seyne-sur-Mer, le feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un...) a été donné pour déclencher le dépliage de la ligne. Au cours de ce processus, l'outil de déploiement a été libéré de son ancrage et a remonté à la surface par flottaison en tournant sur lui-même. La ligne a été ensuite mise sous tension (La tension est une force d'extension.) depuis la station terrestre et les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement,...) de ses 558 capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) de lumière ont commencé à arriver à terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...). Les trajectoires des muons descendants, résultant d'interactions de rayons cosmiques avec l'atmosphère au-dessus du détecteur, ont été reconstruites presque immédiatement. La première unité de détection d'ORCA est maintenant pleinement opérationnelle.

Mauro Taiuti, porte-parole de la collaboration KM3NeT, se réjouit: "Le bon fonctionnement de la première ligne d'ORCA est une avancée majeure pour le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) KM3NeT. C'est une nouvelle étape vers la construction des centaines de lignes qui seront déployées sur les deux détecteurs français et italien en mer Méditerranée dans le futur."
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