Une équipe d'une centaine de physiciens de par le monde a déterminé que la particule élémentaire connue sous le nom de neutrino présente un modèle distinctif d'oscillation, impliquant une masse. Cette découverte montre que le modèle standard, proposé dans les années 70 pour décrire les forces fondamentales et les particules qui composent la
matière, est peut être inachevé. Les résultats fournissent une confirmation à une précédente découverte de l'
oscillation du
neutrino.
La découverte fut réalisée au sein de la collaboration Super-Kamiokande (ou plus simplement Super-K), un projet de
recherche basé au Japon et réunissant des chercheurs de plus de 30 institutions mondiales. La collaboration Super-K étudie les neutrinos atmosphériques, qui sont produits lors de collisions à grande
énergie de rayons cosmiques avec l'
atmosphère supérieure de la Terre. Il existe deux types (ou saveurs) de neutrinos: la saveur
électron et la saveur muon.
Le groupe Super-K a pour la première fois rapporté l'oscillation des neutrinos en 1998. Cette découverte fut la conséquence de leurs observations sur le nombre de neutrinos muons traversant la Terre, qui est considérablement moins élevé que le nombre de neutrinos muons s'arrêtant à sa
surface. Dans leur rapport, les chercheurs prouvent que la différence mesurée dépend de la distance parcourue d'une manière confortant la
théorie d'oscillation des neutrinos. Leurs analyses complètes des
données montrent que le neutrino muon change très probablement en troisième saveur de neutrino, le neutrino tau, qui n'est pas produit lors des collisions de rayons cosmiques.
Selon la théorie du modèle standard, la probabilité qu'un neutrino d'une saveur change en une autre peut être déterminée en divisant la distance parcourue par le neutrino (L) par son énergie (E). Le modèle oscillant distinctif décrit par la théorie indique que la probabilité d'un changement de saveur plonge vers zéro puis augmente à mesure que le rapport L/E s'accroît.
Les physiciens de Super-K ont inventé une nouvelle méthode pour analyser les données des neutrinos atmosphériques, employant seulement des neutrinos donnant de très bonnes mesures de distance et d'énergie. Dans cette nouvelle analyse, à chaque événement choisi a été assigné une valeur bien définie de L et de E, et le nombre d'événements de neutrino a été étudié en fonction du rapport L/E. L'analyse des données recueillies en utilisant cette technique améliorée est conforme à la théorie de changement de saveur des neutrinos.
Théoriquement, les neutrinos ne peuvent changer de saveur que s'ils possèdent une masse. Or le modèle standard suppose que les neutrinos n'ont pas de masse. Ainsi, la découverte de l'oscillation du neutrino est une première preuve de la masse des neutrinos.
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