Test de pression à 300 kilovolts pour le détecteur prototype DUNE au CERN

Le projet international de collaboration DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), dirigé par le Fermi National Accelerator Laboratory du Département de l'énergie des États-Unis, mène actuellement des tests de pression sur le détecteur prototype ProtoDUNE sur la plateforme neutrino du CERN, afin de vérifier la stabilité à long terme des technologies de détection concernées dans des conditions de fonctionnement extrêmes.

DUNE est conçu comme une expérience de recherche sur les neutrinos à grande échelle, visant à étudier les propriétés des neutrinos et leur rôle dans l'évolution de l'univers. L'expérience prévoit d'installer de grands détecteurs à chambre à projection temporelle à argon liquide à environ un mile sous terre dans l'installation de recherche souterraine de Sanford, dans le Dakota du Sud, aux États-Unis. Une fois le détecteur rempli d'argon liquide et scellé, les composants internes seront difficiles à atteindre directement pendant une longue période, ce qui fait des tests sur prototypes une étape cruciale avant la construction officielle.

Actuellement, la plateforme neutrino du CERN abrite deux détecteurs prototypes ProtoDUNE pesant chacun environ 770 tonnes. Auparavant, l'équipe scientifique avait testé avec succès la technologie des plans d'anode (APA) entre 2018 et 2024. Cette technologie utilise des plans de fils métalliques pour collecter le courant généré par les électrons de dérive, et a déjà été appliquée dans d'autres expériences sur les neutrinos.

Parallèlement, l'équipe de collaboration développe également une nouvelle approche appelée « dérive verticale ». Cette approche remplace les plans de fils traditionnels par des canaux en cuivre sur des circuits imprimés, et prolonge la distance de dérive des électrons grâce à une nouvelle géométrie, permettant au détecteur d'enregistrer davantage d'événements neutrino avec moins de composants. Cependant, l'augmentation de la distance de dérive des électrons exige également une tension plus élevée pour maintenir le champ électrique, et l'équipe de recherche prévoit d'augmenter progressivement la tension jusqu'à 300 kilovolts.

Les chercheurs expliquent que lorsque les neutrinos interagissent avec les atomes d'argon, des particules chargées sont produites et laissent des traces d'ionisation ; les électrons libérés sont guidés vers le plan de lecture sous l'effet d'un champ électrique intense, et les données correspondantes peuvent être utilisées pour reconstruire la direction et l'énergie des trajectoires des particules, permettant ainsi de déduire la position, l'énergie et le type des neutrinos d'origine.

Le détecteur ProtoDUNE à dérive verticale a terminé sa phase de mise en service préliminaire et présente un comportement stable. Ce test de pression a débuté le 22 mai 2026 et devrait s'achever à l'automne. L'équipe de recherche indique que ce test simulera les futures conditions de fonctionnement de DUNE sur un prototype à plus petite échelle, en observant particulièrement le comportement des différents composants du détecteur sous haute tension. Outre les neutrinos produits par l'accélérateur du Fermilab, DUNE détectera également à l'avenir des signaux de neutrinos provenant du cosmos, y compris des événements neutrino susceptibles d'être utilisés pour identifier les premiers signes d'explosions de supernova.