IceCube
Pour les articles homonymes, voir Ice Cube (homonymie).
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(en) icecube.wisc.edu |
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IceCube (littéralement Cube de glace en anglais) est un observatoire de neutrinos d'un kilomètre cube situé sous le pôle Sud[1]. C'est le plus grand détecteur de neutrinos au monde. Sa construction a débuté en 2005 et s'est achevée le [2]. Il succède à AMANDA situé lui aussi au pôle Sud.
Historique
Dans les années 1970 et 1980, des scientifiques soviétiques lancent une expérience, en Antarctique, de détection du signal radio émis par des neutrinos traversant la glace polaire.
À la suite de ces résultats trop faibles, Francis Halzen, de l'université du Wisconsin (États-Unis) imagine : « J'ai donc pensé exploiter la lumière Tcherenkov, un flash bleuté très tenu généré par la collision d'un neutrino avec le noyau d'un atome dans la glace. »
La première expérience a lieu en août 1990 au Groenland, mené par Bob Morse, avec un budget de 50 000 dollars de la NSF. Elle permet de détecter des muons provenant de l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère.
En 1993, débute le projet AMANDA (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array). Il a montré qu'il fallait installer les photomultiplicateurs en dessous de 1 400 mètres de profondeur, car la glace, jusqu'à cette profondeur, contient de minuscules bulles d'air, déviant les flux lumineux Tcherenkov.
En 2005, débute le projet IceCube. Il va englober AMANDA.
« Grâce à AMANDA, on a enregistré un murmure ; avec IceCube, on écoutera le son d'une contrebasse. » (Francis Halzen)
Gestion du projet
Le budget
Le projet coûte 272 millions de dollars.
Il est financé par la National Science Foundation (NSF) à 90 %. Le reste est financé par une collaboration internationale regroupant l'Allemagne, la Belgique, le Japon et la Suède.
L'équipe
- Francis Halzen, Université du Wisconsin, chef du projet IceCube,
- Bob Morse, développeur des détecteurs.
- Jordan A. Goodman, professeur à l'Université du Maryland
L'expérience scientifique
Les détecteurs
IceCube est constitué de 86 lignes de détecteurs répartis selon un plan hexagonal, sur un kilomètre carré.
Chaque ligne d'un kilomètre de long est composée de 60 sphères de verre de 50 centimètres de diamètre, contenant chacune un photomultiplicateur orienté vers le bas. Cette ligne est placée dans un puits, entre 1 450 mètres et 2 450 mètres de profondeur.
Il y a donc 5 160 photomultiplicateurs, répartis dans un prisme droit hexagonal d'un kilomètre cube (un photomultiplicateur tous les 17 mètres en hauteur).
La détection
Le processus de détection est le suivant :
- Les neutrinos galactiques et extragalactiques, provenant de l'hémisphère céleste nord, traversent la Terre. Cette traversée permet d'éliminer les autres particules ;
- Un des neutrinos interagit avec un proton ;
- Cette interaction produit un muon qui va poursuivre sa course dans la même direction ;
- Dans son voyage dans la glace, le muon produit un cône de lumière par effet Tcherenkov visible sur environ 250 mètres ;
- Cette lumière est détectée par différents photomultiplicateurs ;
- Les signaux lumineux, convertis en signaux électriques sont envoyés vers les stations de surface.
Construction
Le site
Ce dispositif se situe au pôle Sud géographique, à 2 830 mètres d'altitude.
Le calendrier
Le chantier a débuté en . Il s'est terminé le [3]. En 2005, une première ligne de détecteurs a été installée et testée avec succès. Huit autres lignes ont été installées pendant l'été austral 2005/2006.
Treize lignes ont été installées pendant l'été austral 2006-2007, et ensuite 14 à 18 lignes nouvelles étaient prévues chaque année, le travail de forage ne pouvant avoir lieu que six mois par an, pendant l'été austral.
La logistique
Les équipements arrivent principalement par air, grâce à des Hercules LC-130. Une route, l'autoroute du pôle Sud, sera ouverte depuis la station McMurdo, sur l'île de Ross, vers le pôle Sud. C'est une piste glacée de 1 650 kilomètres, qui traverserait la barrière de Ross et la chaîne de montagnes transantarctiques.
Les forages
Pour installer chaque ligne de détecteurs, il faut forer un puits de 60 centimètres de diamètre, sur une profondeur de 2 450 mètres. Ce puits est foré avec de l'eau chaude sous pression (61 000 litres).
Résultats
La collaboration IceCube a publié des résultats dans les domaines de recherche suivants[4] :
- L'astronomie multimessager (où les émissions de neutrino cosmiques sont corrélées en direction et temporellement avec la contrepartie électromagnétique de sources lointaines, comme c'est le cas de TXS0506+056[5])
- La physique des rayons cosmiques
- La physique des neutrinos
- La recherche de la matière noire
- La glaciologie
- La géophysique du globe (notamment une mesure indépendante des masses de la Terre et de son noyau[6])
Voir aussi
Références
- (en) Tracey Bryant, « UD researchers focus on building telescope at South Pole », UDaily, (lire en ligne, consulté le ).
- L'IceCube prend ses quartiers en Antarctique.
- IceCube, le télescope sous la glace, est installé.
- (en) « Research Highlights », sur icecube.wisc.edu (consulté le )
- (en) Francis Halzen, Ali Kheirandish, Thomas Weisgarber et Scott P. Wakely, « On the Neutrino Flares from the Direction of TXS 0506+056 », The Astrophysical Journal Letters, vol. 874, no 1, (lire en ligne).
- (en) Andrea Donini, Sergio Palomares-Ruiz et Jordi Salvado, « Neutrino tomography of Earth », Nature Physics, (lire en ligne).
Bibliographie
- Lucia Simion et Philippe Henarejos, « ICE CUBE, un télescope taillé dans la glace », Ciel & Espace, .
Articles connexes
Lien externe
- (en) IceCube
