Dans les profondeurs de la glace ancienne de l’Antarctique, un réseau de détecteurs optiques sophistiqués contribue à résoudre l’un des plus grands mystères de notre époque : quelle est l’origine des rayons cosmiques qui bombardent notre planète de leur rayonnement intense?

IceCube — qui occupe un kilomètre cubique de l’inlandsis du pôle Sud — est le plus grand détecteur de neutrinos au monde. Il enregistre la présence de neutrinos de haute énergie, des particules subatomiques issues de la violence inimaginable d’événements astrophysiques cataclysmiques.

Les recherches sur les neutrinos révolutionnent notre vision du cosmos, selon Darren Grant (Université de l’Alberta), physicien des particules et membre de l’équipe internationale du projet IceCube.

« Les neutrinos sont peut-être bien les messagers parfaits pour transmettre de l’information sur la nature fondamentale de l’Univers », explique Grant. « Contrairement aux protons qui changent de direction quand ils rencontrent un champ magnétique, ou à la lumière qui est absorbée, les neutrinos peuvent traverser n’importe quoi et arrivent sur Terre avec une direction et une énergie inchangées. »

Les neutrinos sont également insaisissables. La détection d’un neutrino est possible seulement dans le rare cas où il interagit avec une autre particule. « Chaque seconde », explique Grant, « dix milliards de neutrinos vous traversent le pouce, mais vous aurez 80 ans avant qu’un seul d’entre eux n’interagisse avec votre corps. » L’étude des neutrinos avance donc extrêmement lentement : il aura fallu huit décennies de recherche pour découvrir qu’ils ont une masse.

IceCube est un récepteur de neutrinos idéal grâce à sa taille énorme qui accroît les chances de détecter des neutrinos — les neutrinos ont plus d’atomes avec lesquels interagir — et grâce aux propriétés singulières de la glace de l’Antarctique.

Quand un neutrino de haute énergie interagit avec la glace, il y a production d’une « particule partenaire » qui libère de l’énergie dans un éclair de lumière bleue. La glace profonde de l’Antarctique — au pôle Sud, elle fait près de trois kilomètres d’épais — est optiquement très claire et permet aux détecteurs de repérer un éclair à 200 mètres. En outre, la glace est quasi exempte de radioactivité ambiante qui pourrait perturber la détection des neutrinos. Finalement, un observatoire de neutrinos doit se trouver à une grande profondeur pour filtrer le rayonnement de surface. Il est complexe et coûteux de construire cette structure dans une mine profonde, mais dans la glace, c’est facile : les chercheurs pratiquent un trou en faisant fondre la glace, y insèrent les détecteurs et le trou regèle. Comme le souligne Grant, « il est beaucoup plus facile de faire fondre la glace que de déplacer la roche. »

Les résultats du projet IceCube sont emballants, dit Grant. « Nous avons découvert les tout premiers neutrinos de haute énergie, d’un niveau sans précédent, d’origine extrasolaire. Nous dressons actuellement une carte du ciel illustrant l’origine des neutrinos pour retracer leur source éventuelle. Nous établirons ensuite une corrélation avec des événements astrophysiques, comme les supernovas et les sursauts gamma. En arrivant à cerner la source de ces événements de haute énergie, on peut commencer à comprendre le fonctionnement des processus en cause. »

Par sa fenêtre cristalline de glace dans les profondeurs du monde, le détecteur IceCube révèle de nouveaux indices, un éclair de lumière bleue à la fois, qui améliorent considérablement notre compréhension de l’Univers.