Un neutrino de l'espace a récemment plongé dans la mer Méditerranée avec une énergie qui souffle tous les autres neutrinos connus hors de l'eau.
Emballant un coup de poing de quelque 220 millions de milliards d'électrons volts, cette particule était environ 20 fois plus énergique que les neutrinos cosmiques de la plus haute énergie observés auparavant, les chercheurs rapportent le 13 février le 13 février Nature. La particule a été aperçue par le télescope de neutrinos cubique partiellement construit, ou KM3NET.
«Ils ont frappé le jackpot», explique Francis Halzen, physicien de l'Université du Wisconsin – Madison et chercheur principal de l'Observatoire des neutrino Icecube en Antarctique. «Nous prenons des données avec un détecteur beaucoup plus grand depuis 10 ans. Nous n'avons jamais vu un tel événement.
Les physiciens tiennent à cataloguer les neutrinos cosmiques car ces particules légères et électriquement neutres peuvent traverser de vastes étendues d'espace presque non perturbées. Les plus énergiques pourraient offrir des informations inégalées sur les phénomènes puissants qui les crachent, comme des trous noirs supermassifs. Mais les particules de filet qui interagissent à peine avec la matière nécessitent des télescopes géants en capteurs enfermés dans de la glace, comme l'icecube, ou submergés dans l'eau, comme KM3NET.
Les deux détecteurs de neutrinos de KM3Net – l'un au large des côtes de la Sicile, l'autre près du sud de la France – sont toujours en construction mais collectent déjà des données. Les deux contiennent des câbles de centaines de mètres de haut, qui sont suspendus avec des faisceaux de capteurs lumineux ancrés au fond marin.
Lorsque les neutrinos cosmiques interagissent avec la matière dans ou près d'un détecteur KM3NET, ils engendrent des particules chargées telles que les muons. Alors que ces muons se cachent dans l'eau, ils dégagent de faibles éclairs de lumière bleuâtre que les capteurs de KM3net peuvent ramasser. Berceau lorsque différents capteurs repérer cette lumière peuvent révéler le chemin d'une particule; La luminosité de la teinte bleue reflète l'énergie de la particule.
Le 13 février 2023, le détecteur près de la Sicile a été effectué par un muon extrêmement énergique voyageant presque parallèle à l'horizon. À l'époque, seulement 21 des 230 câbles de capteurs prévus étaient en place. Sur la base de l'énergie et de la trajectoire du muon, les scientifiques de KM3Net ont déterminé qu'il devait être engendré par un neutrino de l'espace plutôt que par une particule de l'atmosphère.
Les simulations suggèrent que l'énergie du neutrino était d'environ 220 Petaelectron Volts. Le détenteur du record précédent comptait environ 10 Petaelectron Volts.
«C'est une sorte de situation choquante», explique Luigi Antonio Fusco, membre de l'équipe de KM3Net, physicien à l'Université de Salerne à Fisciano, en Italie. C'est comme si les physiciens des neutrinos n'avaient jamais vu des incendies alimentés par quelques bâtons de allumerie, « puis quelqu'un est livré avec un lance-flammes. » Les chercheurs du KM3NET estiment qu'ils s'attendent à voir un neutrinos de ce calibre une fois tous les 70 ans environ.
«Je suis définitivement allé en quelque sorte sceptiquement», explique Erik Blaufuss, physicien à l'Université du Maryland à College Park qui a écrit un commentaire sur l'étude dans le même numéro de Nature. « Mais ils font un cas assez convaincant dans le journal que c'est réel. »
Pour retracer les origines du Neutrino, l'équipe KM3NET a parcouru les données de Gamma Ray, X-Ray et Radio Telescopes. Douze objets se sont démarqués dans la région du ciel d'où le neutrinos est venu. «La plupart d'entre eux sont des noyaux galactiques actifs», explique Fusco – des noyaux brillants des galaxies où des trous noirs supermassifs gardent le gaz et la poussière. «Le problème est qu'il y en a tellement», dit-il. « Vous ne pouvez pas vraiment en identifier un seul. »
Une autre possibilité est qu'il s'agit du premier neutrinos cosmogène observé, créé lorsque les rayons cosmiques à énergie ultra-élevé se mêlent aux photons de l'arrière-plan micro-ondes cosmiques, la rémanence du Big Bang.
«À ce stade, il est très difficile de tirer des conclusions sur les origines», explique Kohta Murase, physicien théorique de Penn State non impliqué dans la recherche. «Il est dangereux de compter sur un événement.»
L'expansion de KM3NET devrait améliorer sa capacité à saisir les neutrinos et à identifier leurs origines. D'autres télescopes neutrino sont également en préparation, comme une expansion prévue de l'ICECUBE, un proposé observatoire au large de l'île canadienne de Vancouver et un en construction en mer de Chine méridionale. Ces outils, selon Murase, peuvent aider les chercheurs à rentrer sur les lieux de naissance des neutrinos aux énergies incroyablement élevées.
