lundi 20 juillet 2015

Précisions sur l'origine des neutrinos astrophysiques détectés par IceCube

Depuis les premières détections de neutrinos d'origine astrophysique par la détecteur géant IceCube situé en Antarctique, ces neutrinos à l'énergie colossale de l'ordre du pétaelectronvolt, de nombreuses analyses des données ont été effectuées, notamment pour tenter de reconstruire le spectre en énergie de ces neutrinos particuliers et aussi essayer de trouver la nature exacte de ces neutrinos non pas au moment de leur détection, mais au moment de leur production dans d'autres galaxies.


Car il faut se rappeler que IceCube peut détecter les trois types de neutrinos (neutrinos électronique, muonique et tauique), et que le neutrino est une particule qui a la faculté d'osciller d'une saveur à une autre au cours de son mouvement dans le vide ou dans la matière. Les chercheurs de la collaboration IceCube viennent de reprendre toutes les analyses effectuées par-ci par là à partir des données de IceCube, pour en tirer une analyse conjointe. C'est ainsi à une sorte de synthèse de 6 études différentes qui exploitent 3 paramètres physiques, l'énergie bien sûr, l'angle zénithal d'arrivée des neutrinos, et la topologie des événements à laquelle se sont livrés les physiciens de IceCube. Leur but était de déterminer le plus précisément possible le spectre en énergie de ces neutrinos astrophysiques d'une part, et la composition de ce flux en termes des trois familles de neutrinos d'autre part.
Les chercheurs parviennent à montrer que le spectre en énergie du flux de neutrinos astrophysiques est bien décrit par une loi de puissance avec un index spectral de -2,50 pour des énergies comprises entre 25 TeV et 2,8 PeV, et ils excluent en outre une forme communément utilisée stipulant une loi de puissance avec un index de -2.
Schéma du détecteur IceCube (IceCube collaboration)

Lars Mohrmann, physicien à DESY en Allemagne et co-auteur de l'article avec les 314 autres chercheurs de la toute la collaboration IceCube, article qui a été accepté pour publication dans The Astrophysical Journal, explique que c'est la première fois que l'on parvient à caractériser le flux des neutrinos d'origine astrophysique. La composition du flux en fonction des trois saveurs de neutrinos apporte des informations précieuses sur les mécanismes de production et les propriétés des sources de ces neutrinos. Dans de nombreux scénarios, les neutrinos sont produits dans des désintégrations de pions, qui produisent en moyenne un neutrino électronique pour deux neutrinos muoniques et aucun neutrino tauique (composition abrégée (νe : νμ : ντ =1:2:0).
Et comme les neutrinos oscillent d'une saveur à une autre au cours de leur long trajet à travers le milieu intergalactique, la composition du flux qui arrive sur Terre est sensé être équiprobable (1:1:1). 
Les contraintes sur la composition en saveurs obtenues par la méta-analyse des physiciens de IceCube indiquent que les données recueillies sont compatibles avec un tel scénario. Mais elles sont aussi compatibles avec un scénario (0:1:0), où il n'y aurait que des neutrinos muoniques produits.
Il existe un autre mécanisme possible pour la production de neutrinos astrophysiques, c'est la désintégration de neutrons, qui n'est autre que ce que nous connaissons sous le vocable de radioactivité béta moins. Dans ce cas seuls des neutrinos de saveur électronique sont produits (scénario 1:0:0). Et les résultats des physiciens des astroparticules sont sans appel : ce scénario n'est pas compatible avec les données, il est donc désormais exclu.
Les résultats de cette méta-analyse poussée illustrent tout le potentiel de IceCube, ils montrent que l'ont peut apprendre des choses sur les sources qui sont à l'origine des neutrinos les plus énergétiques sans pour autant les avoir encore identifiées. 

Et IceCube continue sa quête à chaque instant... tant qu'il reste de la glace sur le continent Antarctique, offrant des perspectives toujours plus prometteuses.

Source : 
A combined maximum-likelihood analysis of the high-energy astrophysical neutrino flux measured with Icecube
IceCube Collaboration
à paraître dans The Astrophysical Journal