Illustration de l’événement KM3-20230213A. Cette image montre une vue d’artiste de l’événement KM3-20230213A, détecté le 13 février 2023, ainsi que du détecteur KM3NeT-ARCA tel qu’il était à l’époque de l’observation. Les 21 lignes de détection sont chacunes composées de 18 modules optiques, représentés par les boules noires et jaunes. Chaque cône coloré indique qu’un module optique a détecté de la lumière. La taille des cônes est proportionnelle à l’intensité du signal lumineux détecté et la couleur correspond à sa durée (de violet vers le bleu). La ligne blanche symbolise la trajectoire du neutrino et le grand cône bleu représente le sillage de la lumière tcherenkov.  © P. Coyle, CNRS, Collaboration KM3NeT.

L’expérience KM3NeT a détecté en février 2023 un événement de très haute énergie, KM3-230213A, qui a été identifié comme étant un muon d’environ 120 Pétaélectronvolts. Il a été déterminé que ce muon provenait de l’interaction d’un neutrino d’une énergie de l’ordre de 220  Pétaélectronvolts (soit 0.035 Joules!), venant de l’espace. Cette énergie est trente fois supérieure à celle de tous les neutrinos observés jusqu’à ce jour. L’observation de ce neutrino représente donc notre premier pas dans un secteur inexploré: celui des neutrinos astrophysiques de ultra-haute énergie. Ces neutrinos viendraient d’interactions de rayons cosmiques particulièrement énergétiques, soit avec de la matière ou du rayonnement à proximité de leurs sources, soit avec le rayonnement de fond cosmologique lors de leur propagation (neutrinos cosmogéniques).

Ce résultat remarquable a fait l’objet d’un article dans la revue Nature, ainsi que sa couverture et a été rendu public le 12 Février 2025. Il a fait l’objet de présentations par plusieurs membres de la direction de KM3NeT, dont Miles Lindsey-Clark de l’APC (alors responsable technique de la collaboration KM3NeT), lors d’un événement international retransmis sur la chaîne Youtube de KM3NeT. Les contributions françaises ont ensuite été détaillées dans le cadre d’un événement national se déroulant au siège du CNRS. Ici encore, l’APC a pu être représentée, par Antoine Kouchner (président du comité de pilotage des institutions participant à KM3NeT) et Véronique van Elewyck.

La détection et la caractérisation de cet événement ont reposé sur des dizaines d’années de développement de détecteurs de neutrinos marins, ainsi que sur d’importants travaux de calibration et d’analyse. L’équipe de l’APC a été depuis environ 20 ans un acteur majeur dans l’expérience ANTARES, le précurseur de KM3NeT. Depuis les débuts de la construction de KM3NeT, les ingénieurs du groupe ont joué un rôle clé dans la coordination des activités de développement, d’intégration, de test et de déploiement de l’instrumentation des détecteurs. Outre cette coordination, l’équipe de l’APC mène des projets d'étalonnage. Elle a ainsi développé une unité (calibration base) munie entre autres d'un laser permettant l'étalonnage des détecteurs in situ et la simulation d'événements ponctuels. Cette unité a été déployée fin 2024 et n’a pas donc été utilisée pour la détection de KM3-230213A,  mais elle fournira des informations essentielles pour les futures études de KM3NeT. L'équipe de l'APC a par ailleurs développé des bancs de tests permettant une étude précise de la réponse absolue du détecteur dans l'air et dans l'eau. Des membres de l’équipe ont également participé à la mesure de la direction de l’événement KM3-230213A par rapport au détecteur, mesure qui a été cruciale pour déterminer son origine.

Quand l’événement KM3-230213A a été observé, KM3NeT faisait environ 10% de sa taille finale. La construction des deux détecteurs de l’expérience se poursuit, pour une complétion programmée avant 2030. Cette complétion dépendra non seulement de la durée des travaux d’intégration et de déploiement mais aussi de l’obtention de financements,  les budgets actuels couvrant 50% du coût du détecteur. KM3NeT commence déjà à récolter des données, et jouera un rôle moteur dans la mesure des propriétés des neutrinos, en particulier de l’ordonnancement des masses, ainsi que dans l’observation de neutrinos astrophysiques. KM3NeT permet notamment déjà de mesurer les directions de neutrinos astrophysiques avec une résolution sans précédent, et est donc idéalement positionné pour identifier leurs sources et, ce faisant, déterminer l’origine des rayons cosmiques.

Equipe KM3NeT-APC:
Julien Aublin, Bruny Baret, Yvonne Becherini, Théophile Cartraud, Cédric Champion, Joao Coelho, Alexis Coleiro, Stéphane Colonges, Antonio Condorelli, Alexandre Creusot, Corinne Donzaud, Pierre-Alexandre Duverne, Maximilian Eff, Sonia El Hedri, Isabel Goos, Pranjupriya Goswami, Alin Ilioni, Antoine Kouchner, Jean Lesrel, Miles Lindsay-Clark, Enzo Oukacha, Lydie Pavili-Baladine, Santiago Peña Martinez, Ankur Sharma, Benjamin Trocmé, Véronique Van Elewyck, Cédric Verilhac, Sarodia Vydelingum, Isabelle Yvon.

Contact: elhedriAPC.IN2P3.FR (Sonia El Hedri) (responsable du groupe KM3NeT APC)