Le Tlescope Neutrinos ANTARES

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Le Télescope à Neutrinos ANTARES

• Stéphanie ESCOFFIER
• Centre de Physique des Particules de Marseille
• 16 avril 2009

"Les Rayons Cosmiques"
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L'astronomie photon
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La cartographie de notre Univers
Radio Télescope Télescope Optique
Satellite rayon X Télescope
gamma ( Bonn)
(Palomar) (INTEGRAL/ESA)
(HESS)
Vue du ciel en coordonnées galactiques dans
quatre longueurs d'onde différentes de photon
Rayons cosmiques
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Origine des rayons cosmiques
Soleil(Supernovae, étoiles à neutrons )
Phénomènes galactiques(Supernovae, étoiles à
neutrons )
- Neutrons- Électrons- Protons - Photons
Phénomènes extragalactiques(collisions de
galaxies, sursauts gamma, galaxies à noyaux
actifs)
- Neutrinos
????
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Le neutrino dans le monde des particules
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Pourquoi le neutrino ?
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 !!!
?nécessité d'un grand volume de détection
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Principe de détection Effet Cherenkov ? Onde de
choc
Equivalent de londe de choc supersonique
Ondes de Choc v lt Mach 1.0
Ondes de Choc v Mach 1.0
Enveloppe des Ondes de Choc v gt Mach 1.0
Lumière Cherenkov dun réacteur nucléaire
Seuil pour lémission dune onde de choc
cohérent vpart gt c/n
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Principe de détection d'ANTARES
ANTARES detection principle
Matrice de photomultiplicateurs
gc
Lumière Cherenkov induite par le muon
43
m
nm
interaction
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(No Transcript)
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Neutrinos atmospheriques 150000 par an.km3
?
?
Rayons Cosmiques
?
?
?
Muons atmospheriques 500 millions par an.km3
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Les sources de neutrinos de très haute énergie
Noyaux Actifs de Galaxie
Sursauts gamma
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Les enjeux scientifiques

• Origine des rayons cosmiques
• Signatures hadronique vs. leptonique

Taille du détecteur
Supernovae
Limitation à haute énergie Décroissance rapide
des flux E-2, E-3
Limitation à basse énergie -Distance parcourue
courte du muon -Peu de lumière -40K (dans l'eau)
Oscillations
Matière Noire (neutralinos)
Neutrinos astrophysiques
GZK, Défauts topologiques
MeV
GeV
TeV
PeV
EeV
Densité du détecteur
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Les télescopes à neutrinos dans le monde
BAIKAL (1989) Lac Baikal, Sibérie
DUMAND Hawaii (annulé en 1995)
NESTOR (1991) Grèce ANTARES (1996) France NEMO
(2000) Italie
AMANDA Pôle Sud, Antarctique ICECUBE
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La région observable du ciel
AMANDA/IceCube (Pôle Sud)
ANTARES (43 Nord)
Mkn 421
Mkn 501
Mkn 501
RX J1713.7-39
GX339-4
Galactic Centre
V. Bertin - CPPM - ARENA'08 _at_ Roma
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Le Détecteur ANTARES

• 12 lignes
• 25 étages / ligne
• 3 PMs / étage
• 900 PMs

Bouée
Etage
Horizontal layout
14.5 m
350 m
Boite de Jonction
100 m
Cable electro-optique
60-75 m
Profondeur 2500m
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Détail d'un étage
Optical Beacon, utilisée pour la calibration
en temps du détecteur
Sphère en verre de 17 contenant un PM de 10
Local Control Module qui contient toutes les
cartes électroniques
Hydrophone, utilisé pour le positionnement
(acoustique) du détecteur
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La collaboration ANTARES
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Le site ANTARES
Toulon
câble sous-marin de 40 km
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Les étapes importantes

• 2001 2003
• Câble Electro-optique principal en 2001
• Boite de Jonction en 2002
• Prototype Sector Line (PSL) Mini
  Instrumentation Line (MIL) en 2003

• 2005 2006
• Mini Instrumentation Line with OMs (MILOM) en
  avril 2005
• Ligne 1 depuis mars 2006
• Ligne 2 depuis septembre 2006

• 2007 2008
• Lignes 3-5 depuis janvier 2007
• Lignes 6-10 IL07 depuis décembre 2007
• Lignes 11-12 depuis mai 2008
• 2008 Physique avec un détecteur complet !

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Le déploiement des lignes

• Bateau  Castor 02 
• Précision de 1m sur la position de la ligne au
  fond de leau.
• 7 heures dopérations

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La connexion des lignes avec le ROV

• ROV  VICTOR  de lIFREMER
• Connecteur ODI Prise contenant 4 fibres
  optiques 2 câbles électriques

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Illustration d'un événement muon
Exemple d'un événement muon reconstruit
descendant, détecté sur les 12 lignes du
détecteur
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Illustration d'un candidat neutrino
Exemple d'un événement muon reconstruit montant
(i.e. un candidat neutrino) détecté sur 6/12
lignes du détecteur
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Les performances attendues
Surface effective neutrino
Résolution angulaire
NdetAeff Time Flux
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Distribution des événements reconstruits
1000 neutrinos
Période ANTARES 2007-2008
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Cartographie du ciel en neutrinos
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Plateforme pluridisciplinaire ANTARES
IL 07
Biologie
hydrophones
CT
14.5m

• Modules Optiques
• Caméra
• Hydrophones

ADCP
Camera
OM
80m
C-Star
CT
Océanographie
SV
14.5m
hydrophones
O2

• Sonde Température
• Sonde Oxygène
• Courantomètre

14.5m
hydrophones
C-Star
80m
Géophysique
Camera
ADCP
OM
- Sismomètre
hydrophone
98m
Pr
? Données en temps réel, sur du long terme
Sismomètre
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Domaine de la biologie
La bioluminescence vue par les Modules Optiques
mars 06
mai 08
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vers la vidéosurveillance et le contrôle de la
consommation
Installation d'une caméra, dans le but
d'identifier les organismes responsables de la
bioluminescence
Développement d'un nouvel instrument, pour la
mesure de la consommation d'oygène ? activité
biologique
In situ Oxygen Dynamics Auto-sampler (IODA6000)
Caméra de vidéosurveillance pour la vision de nuit
Source IR (850 nm)
Collaboration entre le CPPM et le COM, soutenu
par le programme ANR POTES
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Domaine de l'océanographie
Caractériser les masses d'eaux profondes
Études des circulations océanographiques sur le
pourtour méditerranéen.
Sonde de Température et de Conductivité
Sonde d'Oxygène
Sonde de Température
ANTARES
Courantomètre Acoustique Doppler
Programme international Hydro-Changes Le but est
d'évaluer les changements climatiques en mer
Méditerranée. Soutenu par le CIESM
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Domaine de la sismologie
Collaboration avec le Laboratoire Géosciences Azur
au laboratoire
sur site Antares
enterré sur site Antares (gain de 20 dB de bruit)
Le sismomètre dANTARES fait partie dun réseau
de surveillance sismique, complémentaire des
stations terrestres.
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La Boite de Jonction Secondaire (2009-2010)
Mission de démonstration dans le cadre du réseau
d'excellence ESONET
Projet AAMIS Instrumentation océanographique pour
l'étude de la colonne deau, intégrée au réseau
EuroSites
Expérimentations technologiques (robotique en
milieu hostile, )
Projet PIMC Système d'écoute sous-marine,
intégrant des analyses multimodales pour l'étude
des cétacés.
MOGLI / DeepSeaNet Démonstrateur d'un réseau de
surveillance sismique sous-marine, utilisant des
liaisons optiques sur plusieurs centaines de
kilomètres.
Prototypes KM3 Tests de lignes prototypes dans le
cadre de la Phase Préparatoire de KM3NeT (ESFRI).
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Le projet européen KM3NeT (2012-?)
Un détecteur au moins 50 fois plus grand
Observatoire sous-marin permanent
Phase RD

• Définition des photodétecteurs (single PM, multi
  PMs, )
• Définition de la géométrie des lignes
  (espacement, densité, nb,..)
• Optimisation du déploiement
• Optimisation du cout
• Définition du site d'accueil

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Conclusions

• ANTARES est dores et déjà le plus grand
  détecteur de neutrinos de lhémisphère nord.

? Le détecteur est pleinement opérationnel
? Situé dans l'hémisphère nord, ANTARES permet
d'observer le Centre Galactique, siège de
nombreux phénomènes très intenses de l'Univers
? Premières analyses de physique seront bientôt
publiées

• ANTARES est aussi une plateforme
  pluridisciplinaire du fond de la mer, impliquant
  de nombreuses communautés scientifiques.

? Son atout majeur La récupération en temps
réel des données environnementales prises en
continu, sur de longues périodes.
? Le futur des télescopes à neutrinos est de la
taille du km3.