Neutrinos: plus vite que la lumière ?
Publié par Michel le 24/09/2011 à 00:00
Source: CNRS
Des neutrinos qui vont plus vite que la lumière ? C'est ce que semblent indiquer les mesures effectuées par une équipe de chercheurs menée par Dario Autiero, chercheur du CNRS, dans le cadre de l'expérience internationale OPERA. Ce résultat étonnant a été publié hier sur ArXiv.

Avec la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important champ...) restreinte énoncée en 1905, Einstein avait notamment prouvé que rien ne pouvait dépasser la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un...) dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). Pourtant, plus d'un siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et...) après, au terme de trois années de mesures de très haute précision et d'analyses complexes, l'expérience OPERA (1) fait état d'un résultat totalement inattendu: les neutrinos arrivent au Gran Sasso avec une petite mais significative avance par rapport au temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) aurait pris pour faire le même parcours dans le vide.


Schéma du faisceau de neutrinos CNGS entre le CERN et Gran Sasso. Au terme de trois ans d'analyses complexes, l'expérience OPERA dédiée à l'observation - depuis le laboratoire INFN du Gran Sasso (Italie) - du faisceau de neutrinos CNGS en provenance du CERN, à 730 km de distance a permis de conclure que les neutrinos parvenaient à destination plus rapidement que prévu. D'après les calculs, les neutrinos ont en effet 60 nanosecondes d'avance sur les 2,4 millisecondes qui devraient leur être nécessaires pour parcourir la distance séparant le CERN du Gran Sasso à la vitesse (On distingue :) de la lumière.
© CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) Photothèque / FADAY, Jean-Marc

L'expérience OPERA est dédiée à l'observation d'un faisceau de neutrinos produit par les accélérateurs du CERN à Genève et détecté 730 km plus loin depuis le laboratoire sous-terrain de Gran Sasso en Italie. Cette distance, la lumière la parcourt en 2,4 millisecondes. Pourtant, l'expérience OPERA a pu mesurer des neutrinos arrivant à Gran Sasso 60 nanosecondes plus tôt. Autrement dit, sur une "course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) de fond" de 730 km, les neutrinos franchissent la ligne d'arrivée avec 20 mètres d'avance sur des photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) hypothétiques qui auraient parcouru la même distance.

"Nous avons mis en place un dispositif entre le CERN et le Gran Sasso nous permettant une synchronisation au niveau de la nanoseconde et mesuré la distance entre les deux sites à 20 centimètres près. Ces mesures présentent de faibles incertitudes et une statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une...) telle que nous accordons une grande confiance à nos résultats", explique Dario Autiero, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) du CNRS à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un...) de physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On peut distinguer :) de Lyon (IPNL). "Nous avons donc hâte de confronter nos mesures avec celles en provenance d'autres expériences, car rien dans nos données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) ne permet d'expliquer pourquoi nous semblons observer des neutrinos en excès de vitesse." Ces résultats reposent sur l'observation de plus de 15000 neutrinos.

"Ce résultat est totalement inattendu", affirme Antonio Ereditato, de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Berne et porte-parole de l'expérience OPERA. "De longs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également...) et de vérifications ne nous ont pas permis d'identifier un effet instrumental expliquant le résultat de nos mesures. Si les chercheurs participant à l'expérience OPERA vont poursuivre leurs travaux, ils sont impatients de comparer leurs résultats avec d'autres expériences de manière à pleinement évaluer la nature de cette observation".

Jusqu'ici, la vitesse de la lumière a toujours été considérée comme une limite infranchissable. Si ce n'était pas le cas, cela pourrait ouvrir des perspectives théoriques complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la...) nouvelles. Compte tenu de l'énorme impact qu'un tel résultat pourrait donc avoir pour la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général...), des mesures indépendantes s'avèrent nécessaires afin que l'effet observé puisse être réfuté ou bien formellement établi. C'est pourquoi les chercheurs de la collaboration OPERA ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens.

L'expérience OPERA a été inaugurée en 2006 afin d'étudier les rares transformations (oscillations) des neutrinos du muon (Le muon est, selon le modèle standard de physique des particules, le nom donné à deux particules élémentaires de charge positive et négative. Les muons ont une masse 207 fois plus grande que celle...) en neutrinos du tau. Une de ces oscillations a été observée en 2010, témoignant de la capacité unique de cette expérience en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) de détection des signaux quasi insaisissables des neutrinos tau.

Quatre laboratoires du CNRS sont impliqués dans l'expérience OPERA:

- l'Institut de physique nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard-Lyon 1),

- l'Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (Hubert Curien (30 octobre 1924, Cornimont - 6 février 2005, Loury) est un cristallographe français, ministre de la recherche de 1984 à 1986.) (CNRS/Université de Strasbourg),

- le Laboratoire de l'accélérateur linéaire (CNRS/Université Paris-Sud 11) qui a participé jusqu'en 2005,

- le Laboratoire d'Annecy le Vieux de physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi physique des hautes énergies car de nombreuses particules...) (CNRS/Université de Savoie).


Dario Autiero à l'IPNL, Lyon, septembre 2011. Au terme de trois ans d'analyses complexes, l'expérience OPERA dédiée à l'observation - depuis le laboratoire INFN du Gran Sasso (Italie) - du faisceau de neutrinos CNGS en provenance du CERN, à 730 km de distance, a permis de conclure que les neutrinos parvenaient à destination plus rapidement que prévu. D'après les calculs, les neutrinos ont en effet 60 nanosecondes d'avance sur les 2,4 millisecondes qui devraient leur être nécessaires pour parcourir la distance séparant le CERN du Gran Sasso à la vitesse de la lumière.
© CNRS Photothèque/IPNL/FRESILLON, Cyril


Laboratoire de Gran Sasso en Italie (INFN). Détecteur de l'expérience OPERA de 1 800 tonnes. Au terme de trois ans d'analyses complexes, l'expérience OPERA dédiée à l'observation - depuis le laboratoire INFN du Gran Sasso (Italie) - du faisceau de neutrinos CNGS en provenance du CERN, à 730 km de distance a permis de conclure que les neutrinos parvenaient à destination plus rapidement que prévu. D'après les calculs, les neutrinos ont en effet 60 nanosecondes d'avance sur les 2,4 millisecondes qui devraient leur être nécessaires pour parcourir la distance séparant le CERN du Gran Sasso à la vitesse de la lumière.
© CNRS Photothèque/IPNL/ILLE, Bernard

Note:

(1)Le détecteur OPERA a été conçu et utilisé par une équipe de chercheurs basés en Allemagne, Belgique, Corée, Croatie, France, Israël, Italie, Japon, Russie, Suisse et Turquie. Cette expérience représente une entreprise scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) complexe, menée à bien grâce à l'expertise d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de scientifiques, ingénieurs, techniciens et étudiants, et à la forte implication des différents acteurs de ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...). Il convient notamment de mentionner le LNGS/INFN et les laboratoires du CERN, ainsi que l'important soutien financier de l'Italie et du Japon et les contributions non négligeables de l'Allemagne, de la Belgique, de la France et de la Suisse. Cette coopération scientifique réunit actuellement quelque 160 chercheurs de 30 institutions différentes à travers 11 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui subsiste le plus souvent sous forme...).
Page générée en 0.455 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique