Découverte d’une particule (neutrino) d’ultra-haute énergie

Communiqué de presse - Recherche UCLouvain

A chaque seconde, nous sommes traversés par des milliers de milliards de neutrinos, les particules les plus abondantes dans l’univers, qui permettent aux astrophysicien·nes d’enfiler une nouvelle paire de lunettes pour comprendre notre Univers. Pour détecter ces imperceptibles particules et décrypter tout ce qu’elles peuvent nous raconter, la chercheuse UCLouvain, Gwenhaël Wilberts de Wasseige, et son équipe travaillent avec deux télescopes de 1 km3 enfouis sous la glace de l’Antarctique (IceCube) et dans la Méditerranée (KM3NeT).

Malgré leur abondance dans l’Univers, les neutrinos n’interagissent que très peu avec la matière, ce qui rend ces "particules fantômes" difficiles à détecter. Ces messagers cosmiques d’une masse d’un million de fois plus faible que celle d’un électron, sont émis en ligne droite lors d’évènements cosmiques. 
C’est avec le télescope enfoui sous la Méditerranée (KM3NeT) que les scientifiques UCLouvain, en collaboration avec une équipe de recherche internationale, ont découvert un neutrino d’une énergie inédite jamais enregistrée d’environ 220 pétaélectronvolts (PeV), soit trente fois supérieure à celle de tous les neutrinos précédemment détectés à l’échelle mondiale.

Cette découverte en première mondiale marque une avancée significative dans la compréhension des phénomènes énergétiques extrêmes de l’Univers : à travers l’étude de sa source, ce neutrino pourrait révéler des indices uniques sur des événements cataclysmiques tels que des explosions d’étoiles ou des trous noirs. Cette découverte inestimable est publiée en Une de la prestigieuse revue scientifique Nature.

Fruit de plusieurs mois de simulations, de calibrations et de vérifications rigoureuses du signal, ce résultat repose sur une instrumentation à la pointe de la technologie : KM3NeT est un observatoire géant composé de milliers capteurs de lumière. Ses détecteurs sont installés sur deux sites dans les profondeurs de la mer Méditerranée : ARCA, dédié à l’astronomie des hautes énergies au large de la Sicile (Italie), et ORCA, spécialisé dans l’étude des basses énergies près de Toulon (France). Leur installation a nécessité des solutions technologiques comparables à celles utilisées dans le spatial, pour opérer dans un environnement extrême et difficile d’accès. Les scientifiques profitent ainsi d’un milieu transparent, de l’absence de lumière parasite et de bruit de fond atmosphérique en dessous de 1000 mètres, des conditions idéales pour observer la lumière Cherenkov, un phénomène associé à la détection des neutrinos. L’ajout régulier de nouvelles lignes de détection permettra au télescope de devenir d’ici 2030 un dispositif pleinement opérationnel, offrant des résultats toujours plus performants dans l’étude des neutrinos et l’exploration des mystères de l’Univers.

« Ce neutrino représente une nouvelle preuve, indépendante de celle obtenue par le télescope IceCube à plus basse énergie, de la possibilité d’observer l’Univers avec des neutrinos, apportant des informations complémentaires à celles obtenues par la lumière » commente Gwenhaël Wilberts de Wasseige, professeure à l’UCLouvain et responsable de l’équipe Astronomie neutrino de l’Institut de recherche en mathématique et physique de l’UCLouvain. « Participer aux recherches réalisées sur les deux téléscopes (Antarctique et Méditerranée) est un atout pour mettre à profit les complémentarités entre les deux sites » ajoute Mathieu Lamoureux, chargé de recherches FNRS à l’UCLouvain. « Dans les prochaines années, cela se révèlera essentiel pour mieux comprendre l’origine des neutrinos astrophysiques et les phénomènes au sein des objets les plus extrêmes de notre Univers. »

En Belgique, le projet KM3NeT s’appuie sur le soutien de l’UCLouvain, du FNRS et de l’Union Européenne. Les scientifiques UCLouvain ont activement participé aux analyses du neutrino d'ultra haute énergie, ainsi qu'à la préparation de plusieurs travaux annexes exploitant davantage cette détection exceptionnelle.