ANTARES et KM3NeT Des télescopes au fond de la mer pour étudier l'univers

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1 ANTARES et KM3NeT Des télescopes au fond de la mer pour étudier l'univers Heide Costantini Centre de Physique des Particules de Marseille 25 Fevrier 2016

2 Astronomie traditionnelle

3 Les rayons cosmiques Les rayons cosmiques ont été découverts il y a un siècle par Victor Hess et on ne connaît toujours pas bien leur origine... Les rayons cosmiques interagissent avec la haute atmosphère et produisent des grandes gerbes de particules... particules chargées protons ions électrons particules neutres photons neutrinos Au niveau de la terre : 100 par minute et par m²

4 Sources potentielles : Supernovae, trous noirs Les rayons cosmiques pourraient provenir des phénomènes violents de l'univers... Explosions d'étoiles (Supernovae) Trous noirs super-massifs (Noyaux actifs de galaxies)

5 L'astronomie avec les neutrinos Avantages du neutrino : - Electriquement neutre, donc pas dévié par les champs magnétiques astronomie - Pas d'absorption observation sur des distances cosmologiques - Interagit très faiblement s'échappe des régions denses de l'univers Inconvénient de l'avantage : Sur 10 milliards de neutrinos provenant du Soleil et traversant la Terre, seul 1 va interagir!!! Nécessite d'un grand volume de détection

6 Pour arrêter les neutrinos La Terre! ( de temps en temps ) Détecteur Un neutrino entre parfois en collision avec un noyau atomique Il crée alors une autre particule : un muon que l on peut essayer de détecter

7 Détection indirecte des neutrinos Matrice 3D de PMTs Cône de lumière Tcherenkov En traversant un milieu transparant (eau, glace, verre, ), le muon crée un cône de lumière bleutée (lumière Tcherenkov) Mer / Glace Interaction neutrino muon Croûte terrestre Lumière Cherenkov produite par µ issu du ν propagation détectée par matrice de PMTs Temps & position des photons permet la reconstruction de la trajectoire du µ (~ ν)

8 AMANDA/Ice Cube Les telescopes dans le monde ANTARES BAIKAL

9 Le Détecteur ANTARES Carte du site 12 lignes 25 étages / line 3 PMTs / étage 900 PMTs Bouy 14.5 m Etage 350 m 100 m Boîte de Jonction ~60-75 m Profondeur : 2500m Câble Electrooptiqie Détecteur complet depuis Mai 2008

10 Le site ANTARES Toulon câble sous-marin de 40 km

11 Le déploiement des lignes Bateau «Castor 02» Précision de 1m sur la position de la ligne au fond de l eau. 7 heures d opérations 11

12 Connexion des lignes avec un robot sous-marin ROV «VICTOR» de l IFREMER Connecteur ODI : Prise contenant 4 fibres optiques 2 câbles électriques 12

13 Neutrinos atmosphériques par an.km 3 µ µ Rayons ν µ Cosmiques ν Muons atmosphériques 500 millions par an.km 3

14 Carte de provenance des neutrinos ANTARES Comment fait on pour identifier les neutrinos cosmiques? apparition d amas dans la carte de provenance signal de plus haute énergie 14

15 IceCube : 1er signal de neutrinos cosmiques!! Très faible flux!nécessite un détecteur de plusieurs km3 arxiv: v1 [astro-ph.he] 21 May 2014

16 Le Télescope à neutrinos KM3NeT 12 lignes, 900 PMTs ~600 lignes, ~ OMs Observatoire multidisciplinaire permanent en mer profonde Détecteur installé sur 3 sites profonds en Mer Méditerranée au large de Toulon (France), Sicile et Grèce

17 La première ligne KM3NeT complète Ligne intégrée au CPPM, en cours de tests

18 Déploiement des lignes KM3NeT \ Autonomous unfurling ~ 600 m

19 Résumé & Perspectives Après des décennies de rêve et R&D intensif, l Astronomie Neutrino est en train d ouvrir une nouvelle fenêtre sur l Univers ANTARES enregistre chaque jour de nouveaux évts neutrinos! ~10000 neutrinos détectés à ce jour!! des analyses sont en progrès pour rechercher l origine des Rayons Cosmiques La construction du télescope à neutrinos de seconde génération KM3NeT, basé sur une technologie améliorée, démarre!! il devrait fournir des résultats fondamentaux dans la prochaine décennie sur : L Astronomie Neutrino (ARCA) Les propriétés fondamentales des neutrinos (ORCA) L infrastructure sous-marine offre un potentiel unique de recherches pluridisciplinaires très riches en mer profonde

20 Comment je suis arrivé à travailler au CPPM sur ANTARES? - Licence+Master en Physique à l Université de Genes (Italie) - Thèse au Laboratoire Souterrain du Gran Sasso (Italie) sur l astrophysique nucléaire: mesures en laboratoire (petit accélérateur) des reactions nucléaires qui se passent dans les étoiles - 2 Post-Doc (premier à Genes, deuxième à Chicago) dans le domaine de l'astrophysique nucléaire - poste de chercheur en Italie en astrophysique nucléaire et sur l experience ANTARES - poste de maitre de conference à Marseille sur ANTARES et l astronomie gamma (presentation Cyril Trichard en fin matinée) 20