Eurêka! Après quarante années de minutieuses recherches, on les a enfin attrapés, ces fameux extraterrestres! Il ne s’agit pas ici de formes de vie inédites, mais de corpuscules très discrets: les neutrinos cosmiques. Ces particules à haute énergie qui proviendraient de sources situées en dehors de notre système solaire – trou noir, supernova, quasar, etc. – doivent aider à mieux saisir le fonctionnement de l’Univers. Mais pour cela, il a fallu les capturer à l’aide d’un immense détecteur situé au pôle Sud: IceCube.

Jusqu’à maintenant, 28 d’entre eux ont été trouvés, révèle ce vendredi la revue Science . Et ce, pour le plus grand bonheur de la communauté des astrophysiciens: «C’est vraiment fantastique! s’enthousiasme Paschal Coyle, astrophysicien de l’Institut national français de physique nucléaire et des particules. Cette avancée cruciale ouvre une nouvelle fenêtre sur l’univers.»

Un neutrino cosmique est une particule subatomique particulièrement ardue à détecter. N’interagissant pas avec la matière, les neutrinos ne possèdent aucune charge électrique et sont d’une masse quasi nulle. Ils sont aussi dotés d’une énergie sans commune mesure, des milliers de fois plus importante que les particules qui circulent dans l’accélérateur LHC du CERN. De ce fait, les neutrinos traversent tout sans distinction: galaxies, planètes, êtres vivants. Chaque seconde, nous sommes bombardés sans dommage par 40 millions de milliards de ces particules cosmiques.

Ces as du camouflage peuvent tout de même être détectés par le biais des infimes traces qu’ils laissent sur leur passage. Lorsqu’un neutrino entre en collision avec un atome, sa désintégration crée une faible traînée lumineuse bleutée, dite «lumière de Tcherenkov». Une vraie bouée de sauvetage pour les astrophysiciens en quête de ces particules fantômes.

Pour les débusquer, il a fallu construire sous le pôle Sud le détecteur IceCube. Ce gigantesque piège à neutrinos d’une dimension de 1 km3 est enfoui dans la couche de glace à proximité de la base américaine Amundsen-Scott. Imaginé dans les années 1980, cet instrument à 272 millions de dollars est la plus importante expérience menée en Antarctique. Le détecteur, même partiellement achevé, a été mis en service au printemps 2010, après cinq années de labeur dans des conditions des plus inhospitalières.

IceCube consiste en 86 colliers de 60 senseurs photosensibles sphériques situés à une profondeur allant de 1400 à 2450 m sous la surface de la calotte. Un enfouissement profond nécessaire afin d’«éviter les bruits de fond dus aux bulles d’air captives de la glace. A partir de 1400 m, la glace possède des qualités optimales», explique Mathieu Ribordy, physicien des astroparticules, anciennement à l’EPFL, où lui et son équipe ont travaillé à améliorer la sensibilité de détection d’IceCube.

La difficulté de mise en œuvre d’IceCube vient du fait que les 5160 sphères photosensibles «ne doivent détecter que les neutrinos extrasolaires», dit Mathieu Ribordy. En effet, des neutrinos sont aussi générés dans le Soleil ou lors de l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre. Dès lors comment faire le tri? La Terre fait office de filtre, et seuls les neutrinos cosmiques provenant du ciel septentrional, qui auront donc d’abord traversé toute la planète, sont analysés en Antarctique.

La traque ne fut pas aisée. Il fallut attendre avril 2012 pour obtenir la signature de deux neutrinos cosmiques à haute énergie, nommés Bernie et Bert. Une fois ces deux événements connus, une recherche approfondie dans les données déjà collectées a permis de découvrir 26 autres de ces neutrinos. «Il reste encore à localiser leur origine dans l’espace», détaille Paschal Coyle.

En effet, les neutrinos ne sont que les messagers des sources pour l’heure inconnues qui les émettent, le but ultime étant d’identifier ces dernières. «On ne peut s’appuyer que sur les neutrinos car les autres particules provenant de ces sources, parce qu’elles possèdent une charge électrique, sont déviées par les champs magnétiques galactique et extragalactique , explique Mathieu Ribordy. Leur parcours est alors impossible à reconstituer. Les neutrinos, eux, parce qu’ils sont neutres électriquement, voyagent en ligne droite; leur origine peut donc être repérée.»

La prochaine étape est de «continuer à récolter des données et de planifier l’extension d’IceCube. Il faudrait un champ de senseurs d’au moins 5 km3 pour connaître l’origine exacte des neutrinos», dit Christian Spiering du centre allemand de recherche en physique DESY. Une analyse partagée par Mathieu Ribordy: «Les résultats obtenus sont trop diffus. Il nous manque des indications claires de provenance. Il faut persévérer.» Avec un IceCube amélioré ou avec le futur projet concurrent KM3NeT, qui se situera en Méditerranée. «Nous profiterions alors d’une sensibilité trois à quatre fois supérieure», espère Christian Spiering, qui conclut: «Nous avons ouvert une petite fenêtre sur un nouveau type de recherches astronomiques. Nous connaissions l’astronomie optique ou encore la radio-astronomie, on découvre désormais l’astronomie des neutrinos à haute énergie.»

«Un neutrino, c’est des milliers de fois plus d’énergie que ce qui est produit au CERN»