Conception du télescope à neutrinos P-ONE prévu dans l'océan Pacifique (à gauche). Le télescope aura une structure modulaire et se compose de sept segments de détecteur identiques (à droite), dont le premier sera installé en 2023/24. Crédit :Elisa Resconi / TUM
L'observatoire de neutrinos « IceCube » au plus profond de la glace du pôle Sud a déjà apporté de nouvelles informations spectaculaires sur les incidents cosmiques d'énergies extrêmement élevées. Afin d'étudier les origines cosmiques des particules élémentaires avec des énergies encore plus élevées, La professeure Elisa Resconi de l'Université technique de Munich (TUM) a lancé une initiative internationale visant à construire un télescope à neutrinos de plusieurs kilomètres cubes dans le nord-est du Pacifique.
Les astronomes observent la lumière qui nous vient d'objets célestes lointains pour explorer l'Univers. Cependant, la lumière ne nous dit pas grand-chose sur les événements énergétiques les plus élevés au-delà de notre Galaxie, comme les jets de noyaux galactiques actifs, sursauts gamma ou supernovae, parce que les photons dans la gamme supérieure des rayons gamma perdent leurs énergies extrêmes sur leur long chemin à travers l'Univers par l'interaction avec d'autres particules.
Tout comme la lumière, les neutrinos traversent l'espace à la vitesse de la lumière (presque) mais interagissent extrêmement rarement avec d'autres particules. Ils maintiennent leur énergie et leur direction, ce qui en fait des messagers uniques de l'univers de la plus haute énergie.
Messager d'événements cosmiques lointains
Depuis 2013, lorsque l'Observatoire de neutrinos IceCube a détecté pour la première fois des neutrinos extragalactiques, les astrophysiciens se sont efforcés de comprendre de quelles sources cosmiques ils proviennent et quel mécanisme physique les a accélérés à des énergies aussi extrêmes.
Cependant, pour résoudre l'énigme, plus de détecteurs avec des volumes encore plus importants que celui de l'observatoire IceCube de la taille d'un kilomètre cube sont nécessaires. Parce que les neutrinos ne peuvent pas être observés directement, uniquement par rayonnement Cherenkov, les détecteurs doivent être placés dans la glace ou dans l'eau.
À bord du John P. Tully, une équipe d'Ocean Networks Canada se prépare à ancrer l'expérience d'exploration STRAW pour le télescope à neutrinos P-ONE prévu dans le bassin de Cascadia dans l'océan Pacifique (été 2018). Crédit :Ocean Networks Canada
Initiative pour un nouveau télescope à neutrinos dans le Pacifique
Pr Elisa Resconi, porte-parole du Collaborative Research Center 1258 et de la chaire Liesel-Beckmann de physique expérimentale avec des particules cosmiques au TUM, a maintenant lancé une initiative internationale pour un nouveau télescope à neutrinos situé dans l'océan Pacifique au large des côtes du Canada :le Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE).
Dans ce but, Resconi a établi un partenariat avec une installation de l'Université de Victoria, Ocean Networks Canada (ONC), l'un des observatoires océaniques câblés les plus grands et les plus avancés au monde.
Conditions idéales pour un observatoire de neutrinos
Le nœud du réseau ONC dans le bassin de Cascadia à une profondeur de 2660 mètres a été sélectionné pour P-ONE. La vaste plaine abyssale offre des conditions idéales pour un observatoire de neutrinos couvrant plusieurs kilomètres cubes.
A l'été 2018, L'ONC a ancré une première expérience pathfinder dans le bassin de Cascadia :l'expérience STRAW (Strings for Absorption length in water), deux ficelles de 140 mètres de long équipées d'émetteurs de lumière et de capteurs pour déterminer l'atténuation de la lumière dans l'eau de mer, un paramètre crucial pour la conception de P-ONE. En septembre 2020, STRAW-b sera installé, un câble en acier de 500 m avec des détecteurs supplémentaires. Les deux expériences ont été développées et construites par le groupe de recherche de Resconi au département de physique de TUM.
Trois des dix modules de détection de l'expérience pathfinder STRAW-b explorant le bassin de Cascadia dans l'océan Pacifique en vue du projet de télescope à neutrinos P-ONE. Les modules seront suspendus à un câble en acier de 500 mètres de long qui sera ancré sur le fond marin à une profondeur de 2, 660 mètres fin septembre 2020. Ils contiennent des capteurs qui mesureront les températures, courants et bioluminescence en haute mer, entre autres. Une particularité des modules :ils contiennent des œuvres d'art de jeunes artistes internationaux qui créent un lien entre la terre et la mer profonde et transforment ainsi l'expérience des éclaireurs en une exposition sous-marine unique. Crédit :Simon Freund
Prochaines étapes en 2023/24
Le premier segment de P-ONE, l'explorateur de neutrinos de l'océan Pacifique, un anneau avec sept cordes de 1000 mètres de long avec 20 détecteurs chacune, est prévu d'être installé pendant la saison d'exploitation maritime de l'ONC en 2023/24 en collaboration avec diverses universités canadiennes.
"Les neutrinos astrophysiques ont débloqué un nouveau potentiel pour faire progresser de manière significative notre connaissance de l'univers extrême, " dit Darren Grant, professeur à la Michigan State University (États-Unis), et porte-parole de la collaboration IceCube. « P-ONE représente une opportunité unique de démontrer le déploiement à grande échelle d'un détecteur de neutrinos dans l'océan profond, une étape critique pour atteindre l'objectif d'un observatoire de neutrinos connecté à l'échelle mondiale qui fournirait une sensibilité maximale dans tout le ciel à ces messagers cosmiques idéaux. »
Elisa Resconi prévoit que P-ONE avec ses sept segments sera achevé d'ici la fin de la décennie. "L'expérience sera alors parfaitement équipée pour découvrir la provenance des neutrinos extragalactiques, " dit Resconi, "mais en plus, les neutrinos de haute énergie ont également le potentiel de révéler la nature de la matière noire."
Le projet P-ONE comprend l'Université technique de Munich (Allemagne), Université de Victoria et Ocean Networks Canada, Université de l'Alberta, Université Queen's, Université Simon Fraser (tout le Canada), Université d'État du Michigan (États-Unis), Observatoire Européen Austral, Université Goethe de Francfort, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, et Max Planck Institute for Physics (tout l'Allemagne).
Le projet reçoit le soutien d'Ocean Networks Canada, une initiative de l'Université de Victoria financée en partie par la Fondation canadienne pour l'innovation. Ce travail est financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) par le biais de la subvention SFB 1258 "Neutrinos et matière noire en astro- et physique des particules" et du pôle d'excellence "Origine et structure de l'univers".
Une particularité des modules :ils contiennent des œuvres d'art de jeunes artistes internationaux qui créent un lien entre la terre et la mer profonde et transforment ainsi l'expérience des éclaireurs en une exposition sous-marine unique.
