Un événement astrophysique exceptionnel a été observé : un neutrino cosmique d’une énergie incroyable a été détecté au large de la Sicile, déclenchant un phénomène de lumière bleu. Ce fait remarquable apporte des informations précieuses sur les origines de ces particules mystérieuses et leur potentiel à éclairer des événements cosmiques lointains.
Il s’agit d’un neutrino cosmique d’une énergie extrêmement élevée, le plus puissant jamais détecté, avec une énergie estimée à 220 millions de milliards d’électronvolts (220 PeV), arrivé sur Terre depuis les régions les plus éloignées de l’Univers : selon les scientifiques, il aurait interagi avec une autre particule près d’Arca, le détecteur sicilien du réseau KM3Net au large de Portopalo di Capo Passero, tout en traversant la Méditerranée à une vitesse dépassant celle de la lumière dans l’eau, déclenchant un “éclat bleu”. L’étude sur l’événement a été publiée dans Nature.
Un des capteurs de lumière d’Arca, le détecteur de neutrinos du Kilomètre Cube Neutrino Telescope (KM3NeT) / Crédit Nature
Un neutrino cosmique d’une énergie extrêmement élevée, le plus énergétique à ce jour avec une énergie estimée à 220 millions de milliards d’électronvolts (220 PeV), a été identifié en Sicile, au large de Portopalo di Capo Passero, où il a déclenché la « lumière bleue », un phénomène remarqué par Arca, l’un des deux détecteurs du Cubic Kilometre Neutrino Telescope (KM3NeT), le télescope à neutrinos en eaux profondes de la mer Méditerranée.
L’événement extraordinaire, désigné KM3-230213A car survenu le 13 février 2023 – précisément à 2h16 du matin en Italie – a engendré une cascade d’événements, provoquant le phénomène de la « lumière bleue », connu sous le nom d’effet Čerenkov, la lueur émise lorsque des particules chargées traversent un milieu, tel que l’eau, à une vitesse dépassant celle de la lumière dans ce même milieu.
Le neutrino record en couverture de Nature
L’événement a été détaillé dans une étude récemment publiée dans la revue Nature, qui a consacré sa couverture au numéro de cette semaine. En avant-plan se trouve le détecteur Arca, qui détecte les neutrinos haute énergie, un type de particule subatomique qui serait provenant des régions les plus isolées de l’Univers : selon les scientifiques, le neutrino de l’événement du 13 février aurait traversé la Méditerranée, entre le canal de Sicile et la mer Ionienne, en direction de la Grèce, bien que le signal identifié par Arca soit celui d’un muon, un autre type de particule élémentaire formée par l’interaction du neutrino à proximité du détecteur.
“Cela a été l’inclinaison de sa trajectoire – presque horizontale par rapport à la surface de la mer, seulement 0,6 degrés au-dessus de l’horizon – et son énergie immense – estimée à environ 120 pétaélectronvolts (PeV) – qui a permis aux chercheurs de KM3NeT de confirmer que le muon provenait d’un neutrino cosmique, un neutrino d’énergie encore plus élevée, atteignant même 220 PeV” a expliqué le docteur Rosa Coniglione, chercheur à l’Institut national de physique nucléaire (Infn) et porte-parole de KM3NeT au moment de la détection.
Que savons-nous du neutrino KM3-230213A détecté en Sicile
Le neutrino record détecté en Sicile (KM3-230213A) est une particule subatomique haute énergie provenant de zones les plus reculées du cosmos. Ces particules ont presque aucune masse et peuvent traverser les environnements les plus extrêmes, comme les planètes et de vastes galaxies, tout en conservant leur structure. “Les neutrinos sont parmi les particules élémentaires les plus mystérieuses – a ajouté Coniglione. Ils sont des messagers cosmiques spéciaux, qui nous fournissent des informations uniques sur les mécanismes impliqués dans les phénomènes les plus énergétiques et nous permettent d’explorer les recoins les plus éloignés de l’Univers”.
Les neutrinos sont insaisissables mais, lorsqu’ils interagissent avec d’autres particules, ils peuvent être détectés, comme dans le cas du neutrino ultra-énergétique détecté en Sicile. “En traversant l’eau de mer entre le canal de Sicile et la mer Ionienne à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu, il a déclenché – à travers un phénomène connu sous le nom d’effet Čerenkov, utilisé par les plus grands détecteurs de neutrinos au monde – la production d’un cône de photons, la “lumière bleue” détectée par les photomultiplicateurs d’Arca”.
Lors de cet événement, les photons détectés étaient au nombre de 28 086, ce qui a permis aux chercheurs de retracer la cascade d’événements qui les a produits, jusqu’au neutrino. Cependant, il n’a pas encore été possible de déterminer l’origine exacte de la particule, qui pourrait provenir de l’interaction des rayons cosmiques ultra-énergétiques avec le rayonnement et la matière rencontrés lors de leur propagation dans l’univers, en particulier avec le rayonnement cosmique de fond.
La détection d’un seul neutrino haute énergie peut néanmoins fournir des informations importantes sur ces processus, donnant des indications sur comment et où ils se produisent. “Le neutrino pourrait provenir d’un accélérateur cosmique différent de ceux des neutrinos à énergie inférieure, ou cela pourrait être la première détection d’un neutrino cosmogénique – ont suggéré les chercheurs, pensant qu’il pourrait résulter de “l’interaction de rayons cosmiques à énergie ultra-élevée avec des photons de fond dans l’Univers”.