Neutrino
Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Neutrinos
Propriétés générales
Composition élémentaires
Classification Leptons
Propriétés physiques
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à...) • νe : < 2,5 eV.c-2

• νμ : < 170 keV.c-2
• ντ : < 18 MeV.c-2

Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) 0
Spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au...) ½
Durée de vie (La vie est le nom donné :) Stable

Le neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. C’est un fermion de spin ½.) est une particule élémentaire (On appelle particules élémentaires les constituants fondamentaux de l'univers décrits par le modèle standard de la physique des particules. Ces particules subatomiques...) du modèle standard de la 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...).

Il possède un spin de 1/2, c'est donc un fermion (Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple de 1/2): l'électron, le muon, le neutrino et les quarks sont des...).

Longtemps sa masse fut supposée nulle. Toutefois, des expériences récentes (Super-Kamiokande) ont montré que celle-ci, bien que très petite, est différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application...) de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des...).

L'existence du neutrino a été postulée pour la première fois par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l'apparente non-conservation du moment cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.).

Histoire

1896-1930

Quasiment toutes les découvertes scientifiques ont eu pour origine un problème auquel se heurtait la communauté 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.) de l'époque. Avant que ne naisse le concept de neutrino, il fallut qu'on découvre la désintégration bêta, qui est une forme de radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène physique naturel au cours...).

Prologue : la radioactivité

Henri Becquerel (Antoine Henri Becquerel est un physicien français né le 15 décembre 1852 à Paris et décédé le 25 août 1908 au Croisic.) en 1896, puis Pierre et Marie Curie (Maria Sk?odowska-Curie (née à Varsovie le 7 novembre 1867 et décédée à Sancellemoz le 4 juillet 1934), connue en France sous le nom de Marie Curie, est une physicienne polonaise naturalisée française[1].) en furent les premiers acteurs. Tandis qu'Henri Becquerel découvrait des rayonnements étranges provenant des sels d'uranium (L'uranium est un élément chimique de symbole U et de numéro atomique 92. C'est un élément naturel assez fréquent : plus abondant que l'argent, autant que le molybdène ou l'arsenic, quatre fois...), Pierre et Marie Curie isolaient le radium (Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88.), substance bien plus radioactive que l'uranium.

En 1899, Ernest Rutherford montre qu'il existe deux sortes de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) qu'il appelle α (alpha) et β (bêta). En 1900, Paul Villard met en évidence un troisième rayonnement provenant du radium et qui sera appelé rayonnement γ (gamma). En 1902, Pierre et Marie Curie montrent que le rayonnement β n'est autre que des électrons tandis que Frederick Soddy et Ernest Rutherford estiment que les rayonnements α, β et γ sont différentes sortes de radioactivités.

Une folle course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) commence pour étudier en détail les rayonnements provenant des substances radioactives. Vers 1904, Rutherford montre que le rayonnement α est constitué de quelque chose ressemblant à de l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau...). Il existe bien finalement trois sortes de radioactivités :

  • Le rayonnement α : un noyau d'Hélium 4 (deux protons et deux neutrons) s'échappe du noyau radioactif
  • Le rayonnement γ : un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent,...) de grande énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (plusieurs MeV) s'échappe du noyau radioactif
  • Le rayonnement β : un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) ou un positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron. Il possède une charge électrique de +1 (contre -1 pour l'électron), le même spin et la...) s'échappe du noyau radioactif

Problème

L'électron du rayonnement bêta, seule particule a priori éjectée, devrait avoir une énergie bien fixée. Or, après plusieurs études de ce rayonnement faites par Lise Meitner, Otto Hahn, Wilson et von Baeyer, James Chadwick montre en 1914 que tel n'est pas le cas : le spectre en énergie de l'électron est continu.

Faut-il renoncer au principe de la conservation de l'énergie, sacro-saint principe des scientifiques jusqu’ici toujours vérifié par les expériences ?... Niels Bohr (Niels Henrik David Bohr (7 octobre 1885 à Copenhague, Danemark - 18 novembre 1962 à Copenhague) est un physicien danois. Il est surtout connu pour son apport à l'édification de la mécanique quantique,...), entre autres, ose (Les oses (ou monosaccharides) sont les monomères des glucides. Ils ne sont pas hydrolysables. Tout comme les diholosides (ou disaccharides), ils possèdent un pouvoir sucrant, et...) y penser. Il faut attendre 1930 et Wolfgang Pauli pour voir apparaître une autre solution.

1930-1934

L'idée du neutrino est née seulement en 1930, lorsque Wolfgang Pauli tenta une opération désespérée de sauvetage du " principe de conservation de l'énergie ". Le 4 décembre 1930, invité à une réunion de physiciens à Tübingen, il envoie à ses collègues une lettre étrange et humoristique dont voici le texte :

Chers dames et messieurs radioactifs

Je vous prie d'écouter avec beaucoup de bienveillance le message (La théorie de l'information fut mise au point pour déterminer mathématiquement le taux d’information transmis dans la communication d’un message par un canal de communication, notamment en présence de parasites appelés...) de cette lettre. Il vous dira que pour pallier la " mauvaise " statistique (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la présentation...) des noyaux N et 6Li et le spectre bêta continu, j'ai découvert un remède inespéré pour sauver les lois de conservation de l'énergie et les statistiques. Il s'agit de la possibilité d'existence dans les noyaux de particules neutres de spin ½, obéissant au principe d'exclusion, mais différentes des photons parce qu'elles ne se meuvent pas à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène...), et que j'appelle neutrons. La masse des neutrons devrait être du même ordre de grandeur que celle des électrons et ne doit en aucun cas excéder 0,01 fois la masse du proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.). Le spectre β serait alors compréhensible si l'on suppose que pendant la désintégration β, avec chaque électron est émis un neutron (Le neutron est une particule subatomique. Comme son nom l'indique, le neutron est neutre et n'a donc pas de charge électrique (ni positive, ni négative). Les neutrons, avec les protons, sont les constituants du noyau de l'atome. Pour un...), de manière que la somme des énergies du neutron et de l'électron soit constante… J'admets que mon remède puisse paraître invraisemblable, car on aurait dû voir ces neutrons bien plus tôt si réellement ils existaient. Mais seul celui qui ose gagne, et la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre...), due à la nature continue du spectre β, est éclairée par une remarque de mon honoré prédécesseur, monsieur Debye, qui me disait récemment à Bruxelles : " Oh ! Il vaut mieux ne pas y penser du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.), comme pour les nouveaux impôts. " Dorénavant, on doit discuter sérieusement toute voie d'issue. Ainsi, cher peuple (Le terme peuple adopte des sens différents selon le point de vue où l'on se place.) radioactif, examinez et jugez. Malheureusement, je ne pourrai pas être moi-même à Tübingen, ma présence étant indispensable ici pour un bal qui aura lieu pendant la nuit du 6 au 7 décembre.

Votre serviteur le plus dévoué,

W. Pauli

En Février 1932, James Chadwick découvre le neutron, mais le neutron est trop lourd et ne correspond donc pas à la particule imaginée par Pauli.

Au Congrès Solvay (Les conseils Solvay (aussi appelés congrès Solvay et conférences Solvay) sont des conférences scientifiques en physique et en chimie qui se sont tenues depuis 1911. Au début du...) de Bruxelles, en octobre 1933, Pauli déclare à propos de ses particules :

"…leur masse ne peut pas dépasser beaucoup celle de l'électron. Pour les distinguer des neutrons lourds, monsieur Fermi a proposé le nom de neutrinos. Il est possible que la masse propre des neutrinos soit égale a zéro… Il me paraît admissible que les neutrinos possèdent un spin ½… Nous ne savons rien de l'interaction des neutrinos avec les autres particules matérielles et avec les photons : l'hypothèse qu'ils possèdent un moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.) ne me paraît pas du tout fondée. "

En 1933, Francis Perrin montre que la masse du neutrino doit être nulle ou beaucoup plus petite que celle de l'électron. La même année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), Anderson découvre le positron, première particule d'anti-matière, vérifiant ainsi la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation ou...) de Dirac et confirmant l'idée du neutrino dans l'esprit de Pauli et Fermi. Fin 1933, tandis que Frédéric Joliot-Curie (Jean Frédéric Joliot (19 mars 1900 à Paris (16è arr.) - 14 août 1958 à Paris) était un physicien français.) découvre la radioactivité β+ (émission d'un positron au lieu d'un électron), Enrico Fermi reprend l'hypothèse du neutrino et élabore sa théorie de la désintégration β (interaction faible).

La quête du neutrino commence, mais il fallait être bien téméraire ( Charles le Téméraire (1433-1477) est un duc de Bourgogne. Téméraire est un bateau de guerre français. ) et persévérant en ces années car, dès 1934, Hans Bethe et Rudolf Peierls montrent que la section efficace (Une section efficace est une grandeur physique correspondant à la probabilité d'interaction d'une particule pour une réaction donnée de la physique nucléaire ou de la physique des particules. L'unité de section...) (la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des probabilités est un sujet de grande importance donnant lieu à de...) d'interaction) entre les neutrinos et la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace et...) doit être extrêmement faible : des milliards de fois plus faible que celle de l'électron. Cette particule interagit si peu qu'elle peut traverser la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est...) entière sans dévier de sa trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.).

1935-1956

Jusqu'à la fin des années 40, les physiciens tentent de mesurer le recul du noyau lors de la désintégration bêta. Toutes leurs mesures sont en accord avec l'hypothèse d'un seul neutrino émis avec l'électron. Mais aucune détection directe de neutrino n'est en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.), car, vu sa faible probabilité d'interaction, il faudrait une source abondante et un énorme détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il...) très sensible et très massif (Le mot massif peut être employé comme :). En 1939, Luis Alvarez montre que le tritium (Le tritium (T ou 3H) est - comme le deutérium - l'un des isotopes de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 2 neutrons. Il a été mis en évidence en 1934, par Ernest Rutherford, dans la réaction...) est radioactif. C'est jusqu'à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et...) la mesure de la désintégration bêta du tritium qui a fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles grecques situées...) la meilleure limite sur la masse du neutrino.

En 1945 explose la première bombe atomique. Malgré l'horreur qu'elle inspire, c'est pour les physiciens une source formidablement puissante de neutrinos. Frederick Reines, qui travaille alors au Laboratoire national de Los Alamos, parle à Fermi, en 1951, de son idée d'installer un détecteur de neutrinos auprès d'une explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus...) atomique. En 1952, il rencontre Clyde Cowan et tous deux se décident finalement pour une source plus " pacifique " : le réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est initiée, modérée et contrôlée par...) de Hanford, dans l'État de Washington. Le détecteur est très vite réalisé. Leur expérience est proposée en février 1953, réalisée au printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées, précédant l'été et...) et leurs résultats sortent durant l'été 1953. Mais le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés...) n'est pas convaincant. Ils recommencent leur expérience en 1956, de façon plus méticuleuse et auprès du réacteur (Un réacteur peut désigner :) de Savannah River, en Caroline du Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.). Les améliorations apportées, notamment vis a vis du bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.), leur permettent de décrocher le jack-pot ! Le neutrino est là. Sa signature est nettement visible dans le détecteur, largement au-dessus des bruits de fond comme ceux dus aux rayons cosmiques.

Le principe de l'expérience de Reines et Cowan consistait à utiliser comme cible environ 400 litres d'un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et de chlorure de cadmium (Le cadmium est un élément chimique de symbole Cd et de numéro atomique 48.). L'anti-neutrino provenant du réacteur nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) interagit avec un proton de la cible, donnant naissance à un positron et un neutron. Le positron s'annihile en donnant deux photons simultanés et le neutron ralentit avant d'être éventuellement capturé par le cadmium, ce qui provoque l'émission de photons environ 15 microsecondes après ceux du positron. Ces photons sont détectés et les 15 microsecondes identifient l'interaction d'un neutrino.

Auprès du même réacteur, d'autres physiciens, comme Alvarez ou Raymond Davis, avaient déjà tenté sans succès de détecter les neutrinos avec une solution de chlorure de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) qui aurait dû se transformer en argon radioactif par interaction avec un neutrino. Malheureusement pour eux, un réacteur nucléaire ne donne que des anti-neutrinos !

1957-1962

Le neutrino (ou plus exactement l'anti-neutrino) provenant d'un réacteur nucléaire est un neutrino de type électronique (νe ), car, dans la désintégration bêta, il est toujours émis avec un électron. Est-il différent du neutrino de type muonique (νμ ), associable au 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 de l'électron...) (une autre particule que l'on observait alors dans les rayons cosmiques) ?... Ou bien cette différence n'est-elle qu'un arbitraire théorique de confort? Reines n'eut pas le loisir de poursuivre ses recherches. Il dut retourner à Los Alamos.

D'autres prirent le relais et, en 1959, à la cafétéria 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 (études...) de Columbia, à New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de l’État de New York, est la principale ville des États-Unis, elle compte a elle seule 8 143 200 habitants. Son agglomération...), commence la quête du neutrino νμ. À la suite d'une discussion entre Tsung-Dao Lee et Melvin Schwartz, ce dernier prend conscience de la possibilité de fabriquer un faisceau de neutrinos provenant de la désintégration du pion (Le terme Pion peut désigner :), particule produite en grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) lorsqu'un faisceau de protons de plusieurs GeV rencontre de la matière. T.D. Lee et C.N. Yang s'enthousiasment et commencent à calculer les sections efficaces attendues, tandis que Schwartz s'associe à Leon (LEON est un processeur 32 bit RISC open source, compatible SPARC V8 (1987) développé par l'ingénieur suédois Jiri Gaisler pour l'ESA.) Lederman, Jack Steinberger et, plus tard, un jeune physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de...) d'Orsay Jean-Marc Gaillard. Ils trouvent le détecteur idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la...) pour leur expérience en découvrant la chambre à étincelles (La chambre à étincelles est un détecteur de particules dont l'étude et la réalisation ont commencé en 1959.) construite par J. Cronin et son équipe, à Princeton.

En 1960, Lee et Yang sont de plus en plus convaincus que si une réaction comme celle là n'est pas observée, c'est parce qu'il existe deux types de neutrinos. Pendant ce temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), la construction des chambres à étincelles (un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) de 10 tonnes rempli de néon), avance rapidement. Début 1962, tout est prêt. L'accélérateur délivre quelques centaines de millions de neutrinos par heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y...), dont 40 environ interagissent avec l'appareillage de façon claire. Dans 6 cas sur 40 la particule provenant de l'interaction du neutrino est reconnue comme étant un électron, ce qui était le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) de fond attendu. Dans 34 cas sur 40, c'est un muon. Conclusion : le νμ est une particule différente.

Si le νμ et le νe avaient été un seul et même neutrino, nos chasseurs de neutrinos auraient obtenu la même proportion d'électrons et de muons.

1963-1983

La découverte du νe puis celle du νμ provoquèrent une fièvre (La fièvre est l'élévation de la température corporelle chez un être à sang chaud par dérèglement du « thermostat » central. Il s'agit généralement d'une...) naturelle chez les physiciens. Toute une série d'expériences et de découvertes quasiment en parallèle, concernant les quarks et les leptons, vont se succéder.

Dans les années 60 et 70, les électrons et les neutrinos de haute énergie vont servir de sondes pour aller voir de quoi sont composés les nucléons (protons et neutrons).

C'est de cette époque que provient l'idée, encore admise maintenant que protons et neutrons sont composés chacun de trois quarks. La désintégration β s'explique alors par la transformation d'un des quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants élémentaires de la matière.) en un autre, avec émission d'un boson W (Le boson W existe sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-. Les W+ et W- sont deux des trois bosons de jauge de l'interaction faible. Le troisième...)± qui se désintègre en un positon et un neutrino (respectivement : électron et anti-neutrino).

La mise en évidence des quarks, puis leur étude, doit donc beaucoup au neutrino. On voit fleurir au CERN, durant les années 70, notamment en 1975 et 1976, les expériences CDHS, CHARM et CHARM II, puis BEBC, qui toutes apporteront des résultats marquants pour la compréhension de la structure en quarks des nucléons et permettront surtout de mieux cerner cette drôle de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale »...) qu'est l'interaction faible.

En 1970, Sheldon Glashow (Pr. Sheldon Lee Glashow, Ph. D., Hon. D. Sc. (né le 5 décembre 1932, New York) est un physicien états-unien, reconnu principalement pour ses importantes contributions à la théorie de l'interaction...), Iliopoulos et Maiani font l'hypothèse de l'existence d'une deuxième famille de quark. Fin 1974, leur hypothèse est confirmée expérimentalement par deux équipes américaines. Deuxième famille de neutrinos, Deuxième famille de quarks : un joli pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours d'eau, voie de communication, vallée, etc.) en passant par-dessus cette séparation. Le franchissement supporte le passage...) se dessine entre les familles de leptons et les familles de quarks.

En 1973, après une course effrénée entre l'équipe du Fermilab et l'équipe de la chambre a bulles " Gargamelle ", au CERN, les courants neutres (interaction d'un neutrino avec la matière sans que le neutrino soit transformé en une autre particule comme le muon ou l'électron) sont découverts. En 1977, l'équipe de Leon Lederman découvre auprès de l'accélérateur de Stanford le quark b, qui ouvre ainsi la troisième famille de quarks. À peu près au même moment, Martin Perl découvre le tau (τ), troisième de la famille de lepton (Un lepton est une particule élémentaire qui n'est sensible qu'à l'interaction électrofaible et à la gravitation. Le terme lepton provient du mot grec signifiant « léger » et se réfère à la faible...). Le neutrino ντ est là : on le sent mais on ne le voit pas ! En 2000, on ne l'a toujours pas observé expérimentalement !

En 1983, le boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de particules identiques se...) W signale sa présence à l'expérience UA1 en se désintégrant en électron + anti-neutrino. Puis c'est le boson Z (Le boson Z0 est un des trois bosons de jauge de l'interaction faible, les deux autres étant le boson W sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-.). L'interaction faible et le neutrino impriment définitivement leur marque dans la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...). Un long chemin a été parcouru depuis les premières désintégrations β reconnues par Curie et Rutherford en 1898.

1983-1989

Dans les années 80, des " considérations théoriques et pratiques " amènent peu à peu certains physiciens à accorder leurs faveurs au neutrino de masse non nulle. La mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette dénomination s'oppose à celle de...) permet alors aux neutrinos d'osciller. Un νe peut, au long de son parcours dans l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), devenir un νμ et vice-versa.

En 1979, une expérience menée par F. Reines, toujours auprès du réacteur nucléaire de Savannah River, entreprend de mesurer la proportion de courants neutres par l'interaction d'anti-neutrinos sur du deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.). Le résultat ne correspond pas aux prévisions théoriques et pourrait s'expliquer par le phénomène d'oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux mêmes équations quel...) du neutrino. Mais pas de conclusion hâtive.

Sous l'impulsion de ce résultat (qui plus tard sera corrigé par d'autres expériences), une équipe de l'ILL (Institut Laue Langevin) de Grenoble tente de chercher l'oscillation des neutrinos auprès du réacteur de son Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...). Puis, plusieurs expériences recherchent d'oscillations de neutrinos auprès des réacteurs nucléaires à travers le monde (Le mot monde peut désigner :). Notamment, l'équipe de l'ILL engendre deux équipes : Gösgen en Suisse et Bugey, auprès du réacteur du Bugey, entre Chambéry et Lyon. Cette dernière regroupe cinq laboratoires français, dont le LAPP et le PCC. Les deux expériences de Gösgen et de Bugey trouvent en 1984 deux résultats différents : Bugey voit des oscillations tandis que Gösgen n'en voit pas. Finalement, Bugey corrige le tir et repousse les limites sur les oscillations du neutrino. Donc, toujours pas d'oscillation des neutrinos. Résultat : à moins que la différence de masse entre νμ et νe soit très petite (inférieure a 0.1 eV), il n'y pas plus de 10% de mélange entre ces neutrinos, c’est-à-dire qu'un νe n'a pas plus de 10% de chance de se transformer en νμ .

Mais l'histoire ne s'arrête pas là car le neutrino est facétieux. Depuis 1969, Raymond Davis tente, dans la mine de Homestake, sous 3000 mètres de terre et de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux,...), d'attraper quelques neutrinos solaires par an dans un immense détecteur de 600 tonnes de solvant industriel à base de chlore (Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de numéro atomique 17.). Ses premiers résultats surprennent. Ils sont confirmés aujourd'hui après plus de 20 ans de prise de données : pour des neutrinos d'énergie supérieure à 1 MeV, le soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...) émettrait trois fois moins de neutrinos que prévu.

Les astrophysiciens se grattent la tête et d'autres expériences se mettent en place afin de vérifier ce déficit inattendu et notamment trois : GALLEX, SAGE et KAMIOKANDE. L'expérience de Davis, HOMESTAKE, utilise le chlore, GALLEX utilise le gallium et KAMIOKANDE l'eau. En théorie, chacune de ces expériences ne voient pas les mêmes neutrinos, selon leur provenance lors des réactions thermonucléaires dans le soleil.

Le déficit observé en νe solaires pourrait-il provenir des oscillations de neutrinos?… L'idée est séduisante, mais les résultats des expériences vont montrer qu'elle est difficile à rendre pratique.

D'autre part, en 1985, S.P. Mikheyev et A.Y. Smirnov reprennent le travail de L. Wolfenstein et développent l'idée d'une oscillation des neutrinos renforcée par la présence de matière : c'est l'effet MSW. Le déficit en neutrinos pourrait alors provenir d'une oscillation durant leur parcours à l'intérieur du soleil. Mais l'expérience est seule juge (Le juge peut être un professionnel du droit, désigné ou élu pour exercer son office. Il peut également être un simple citoyen appelé temporairement à rendre...).

1989-1998

En 1989, dès les premiers mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de prises de 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 événement, etc.) du LEP, le nouveau collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de particules du CERN, l'étude de la durée de vie du boson Z permet de montrer qu'il n'existe que trois familles de neutrinos légers. C'est un résultat de physique majeur !

Plus une particule se désintègre rapidement, plus sa masse est indéterminée (En mathématiques, une indéterminée est le concept permettant de formaliser des objets comme les polynômes formels, les fractions...). On dit que sa distribution de masse possède une certaine largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus petite des deux mesures d'un...). Et cette largeur augmente avec le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de possibilités de désintégrations de la particule. Le Z, qui ne vit en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...) que 10-23 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...), peut se désintégrer en paires particule/anti-particule, comme par exemple neutrino/anti-neutrino. Plus il y a de familles de neutrinos, plus la largeur de la distribution de masse du Z est grande.

En 1991, se préparent deux expériences au CERN pour détecter l'oscillation des neutrinos : NOMAD et CHORUS, qui, grâce au phénomène d'oscillation, espèrent détecter des neutrinos ντ au sein d'un faisceau de νμ obtenu à partir des protons de l'accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules chargées électriquement à des vitesses élevées. En...) SPS du CERN. La prise de données commence en 1994 et les premiers résultats sont publiés en 1998.

En 1995, l'expérience GALLEX publie ses résultats : un déficit d'environ 40% pour la quasi-totalité des neutrinos solaires. SAGE confirme sagement ce chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) et KAMIOKANDE observe un déficit de 50%, mais pour les neutrinos du bore (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.) seulement (au-dessus de 7.5 MeV). Le mystère reste entier car l'expérience de Davis, sensible aux neutrinos du bore et du béryllium, observait un déficit de 70%. Selon l'énergie des neutrinos solaires, le déficit en neutrinos varie.

L'effet MSW pourrait-il expliquer ce déficit sélectif ?

Enfin, KAMIOKANDE observe un déficit de νμ dans les gerbes de rayons cosmiques. Tenter d'expliquer tout ces déficits par les oscillations neutrino n'est pas chose aisée !… Et cela devient quasiment impossible si l'on tente d'incorporer le résultat préliminaire obtenu par l'expérience LSND à Los Alamos : une oscillation entre anti-νe et anti-νμ .

En 1996, l'expérience LSND annonce de nouveaux résultats : 22 interactions d'anti-νe alors que 4 interactions de ce type étaient attendues. Le fait que les neutrinos aient une masse semble se confirmer.

En 1998, la confirmation de LSND est arrivée et une expérience japonaise, Super-Kamiokande (L'expérience Super-Kamiokande, situé au Japon près de la ville de Mozumi, consiste en un immense cylindre de 40m de haut et 40m de diamètre rempli de plus de 50 000 tonnes d'eau ! Son...), a vu également une anomalie dans les neutrinos atmosphériques et dans les neutrinos solaires. Les résultats ne sont encore qu'embryonnaires mais tout semble en place pour un neutrino massif ou un nouveau cadeau de la nature, c'est-à-dire une nouvelle découverte scientifique.

Caractéristiques physiques

Les neutrinos interagissent uniquement par l'intermédiaire de l'interaction faible et de la gravité. Ils sont insensibles à l'interaction forte et aux interactions électromagnétiques.

La force de gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) agit sur le mouvement et l'énergie des neutrinos.

Puisque le neutrino n'interagit que fort peu, en se déplaçant dans la matière ordinaire sa probabilité d'interagir est très petite. Il faudrait une épaisseur d'une année-lumière (L’année-lumière (symbole al, anciennement année de lumière) est une unité de distance utilisée en astronomie. Une année-lumière est la distance parcourue par un photon (ou plus simplement la lumière) dans le vide, en...) de plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) pour arrêter la moitié des neutrinos qui la traversent. Les détecteurs de neutrinos contiennent donc typiquement des centaines de tonnes d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) construit de telle façon que quelques atomes par jour interagissent avec les neutrinos entrant. Dans une supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre, une supernova...) qui s'effondre, la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le...) dans le noyau devient suffisamment élevée (1014grammes/cm³) pour que les neutrinos produits puissent être retenus un bref moment.

Il existe trois genres, ou saveurs de neutrinos :

  • le neutrino électronique ou neutrino-électron νe,
  • le neutrino muonique ou neutrino-muon νμ
  • le neutrino tauique ou neutrino-tau ντ.

Ils sont appelés d'après le lepton qui leur est associé dans le modèle standard.

Des expériences récentes, notamment celle de Super-Kamiokande en 1998 (qui reçut le prix Nobel de physique (Le prix Nobel de physique est une récompense gérée par la Fondation Nobel, selon les dernières volontés du testament du chimiste...) 2002 à cette occasion) et celle menée à l'Observatoire de Neutrinos de Sudbury depuis 1999, ont montré que les neutrinos peuvent, par l'intermédiaire d'un phénomène appelé oscillation du neutrino, se transformer continuellement d'une forme de saveur en une autre. Ce phénomène n'est possible que si les neutrinos possèdent une masse et que celle-ci est différente pour chaque saveur. La découverte de ce phénomène à permis de fournir une solution au problème des neutrinos solaires.

Un autre problème en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers...) qui concernait les neutrinos est celui de la matière sombre, la masse " manquante " de l'univers selon certaines théories. En effet, l'univers semble contenir beaucoup plus de matière que celle qui est détectable par le rayonnement qu'elle émet. Cette matière qui n'émet pas de 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...), d'où le terme matière sombre, est toutefois détectable par l'influence gravitationnelle qu'elle exerce sur la matière visible comme les étoiles et les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.), et, jusqu'à récemment, on pensait que si les neutrinos possédaient une masse ils pourraient peut-être constituer la matière sombre. Toutefois, selon les connaissances actuelles, la masse des neutrinos est bien trop petite pour que les neutrinos puissent contribuer à une fraction significative de l'hypothétique matière sombre.

D'après les connaissances actuelles, les neutrinos sont nés il y a environ 15 milliards d'années, peu après la naissance de l'univers. Depuis, l'univers n'a cessé de s'étendre, de se refroidir et les neutrinos ont fait leur chemin. Théoriquement, ils forment aujourd'hui un fond de rayonnement cosmique de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de...) égale à 1,9 kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et...) (-271,2 degrés Celsius). Les autres neutrinos que l'on trouve dans l'univers sont créés au cours de la vie des étoiles ou lors de l'explosion des supernovae.

La majeure partie de l'énergie dégagée lors de l'effondrement d'une supernova est rayonnée au loin sous la forme de neutrinos produits quand les protons et les électrons se combinent dans le noyau pour former des neutrons. Ces effondrements de supernova produisent d'immenses quantités de neutrinos. La première preuve expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan...) de ceci fut fournie en 1987, quand des neutrinos provenant de la supernova 1987a ont été détectés par les expériences japonaise et américaine Kamiokande et IMB.

Détecteurs de neutrinos

Il y a plusieurs types de détecteurs de neutrinos. Chacun est composé d'une grande quantité de matériel situé dans une caverne souterraine conçue pour la protéger du rayonnement cosmique.

  • Les détecteurs au chlore furent les premiers employés et se composent d'un réservoir rempli de tétrachlorure de carbone (CCl4). Dans ces détecteurs, un neutrino convertit un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) de chlore en un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) d'argon. Le fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides...) doit être purgé périodiquement avec du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) hélium qui enlève l'argon. L'hélium doit alors être refroidi pour le séparer de l'argon. Ces détecteurs avaient le désavantage majeur qu'il leur était impossible de déterminer la direction du neutrino entrant. C'était le détecteur au chlore de Homestake, dans le Dakota du Sud, contenant 520 tonnes de liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.), qui détecta la première fois le déficit des neutrinos provenant du Soleil et qui conduisit au problème des neutrinos solaires.
  • Les détecteurs au gallium sont semblables aux détecteurs au chlore mais sont plus sensibles aux neutrinos de faible énergie. Dans ces détecteurs, un neutrino convertit le gallium en germanium qui peut alors être détecté chimiquement. De nouveau, ce type de détecteur ne fournit aucune information sur la direction du neutrino.
  • Les détecteurs à eau ordinaire, tels que Super-Kamiokande, contiennent un grand réservoir d'eau pure entouré par des détecteurs très sensibles à la lumière, des tubes photomultiplicateurs. Dans ces détecteurs, un neutrino transfère son énergie à un électron qui se déplace alors plus rapidement que la vitesse (On distingue :) de la lumière dans ce milieu, mais plus lentement que la vitesse de la lumière dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), comme le prévoit 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 d'étude, tant théorique...). Ceci produit une " onde de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) optique " connue sous le nom de rayonnement Cherenkov qui peut être détectée par les tubes photomultiplicateurs. Les avantages de ce détecteur sont d'enregistrer le neutrino dès qu'il entre dans le détecteur, et la possibilité d'obtenir des informations sur la direction du neutrino. C'est ce type de détecteur qui a enregistré le " sursaut " de neutrinos de la supernova 1987a.
  • Les détecteurs à eau lourde (L'eau lourde est de l’oxyde de deutérium (formule : D2O ou 2H2O). Chimiquement, elle est identique à l’eau normale (H2O), mais les atomes d’hydrogène dont elle est composée en sont des isotopes lourds, du deutérium,...) emploient trois types de réactions pour détecter les neutrinos : la même réaction que les détecteurs à eau légère, une réaction impliquant la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) d'un neutrino avec le neutron d'un noyau de deutérium, ce qui libère un électron, et une troisième réaction dans laquelle le neutrino casse un noyau de deutérium en proton et neutron sans lui-même changer de nature. Les résultats de ces réactions peuvent être détectés par des tubes photomultiplicateurs et des détecteurs de neutrons. Ce type de détecteur est en fonction dans l'observatoire de neutrinos de Sudbury.

Expériences actuelles

En 2004, différentes expériences de physique des particules cherchent à améliorer les connaissances sur l'oscillation des neutrinos. Outre les neutrinos créés par les réactions nucléaires dans le Soleil et ceux venant de la désintégration beta (Le genre Beta appartient à la famille des Chénopodiacées, tribu des Cyclolobae.) dans les centrales nucléaires, les physiciens étudient également des neutrinos créés dans les accélérateurs de particules (par exemple, l'expérience japonaise K2K). L'avantage de ce type d'expérience est de contrôler le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément...) et le moment où les particules sont envoyées. De plus, on connaît leur énergie et la distance qu'elles parcourent entre leur production et leur détection. On peut ainsi se placer aux extremums des oscillations où la mesure des paramètres d'oscillation est la plus précise.

Les télescopes à neutrinos

Notre ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) a toujours été observé à l'aide des photons à des énergies très différentes allant des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) radios (A supprimer) aux rayons gamma. L'utilisation d'une autre particule pour observer le ciel permettrait d'ouvrir une nouvelle fenêtre (En architecture et construction, une fenêtre est une baie, une ouverture dans un mur ou un pan incliné de toiture, avec ou sans vitres.) sur l'Univers. Le neutrino est pour cela un parfait candidat :

  • elle est stable et ne risque pas de se désintégrer au cours de son parcours ;
  • elle est neutre et n'est donc pas déviée par les champs magnétiques. Il est donc possible de localiser approximativement la direction de sa source.
  • elle possède une très faible section efficace d'interaction et peut ainsi s'extirper des zones denses de l'univers comme les abords d'un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à...) ou le cœur des phénomènes cataclysmiques (il faut préciser que les photons que nous observons des objets célestes ne nous proviennent que de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) des objets et non pas du cœur).
  • elle n'interagit que par interaction faible et transporte ainsi des informations sur les phénomènes nucléaires des sources, contrairement au photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux...) qui est issu de processus électromagnétiques.

Une nouvelle astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés...) complémentaire est ainsi en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de plusieurs voitures (pour transporter des personnes) et/ou de plusieurs wagons (pour transporter des marchandises), et peut être tracté...) de se créer depuis une dizaine d'années.

Un des principes possibles pour un tel télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument...) est d'utiliser la Terre comme cible permettant d'arrêter les neutrinos astrophysiques. Lorsqu'un neutrino muonique traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast...) la Terre, il a une faible chance d'interagir et ainsi d'engendrer un muon. Ce muon, s'il a une énergie au delà d'une centaine de GeV, est aligné avec le neutrino et se propage sur une dizaine de kilomètres dans la Terre. S'il a été créé dans la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre. C'est la partie supérieure de la lithosphère (qui constitue les plaques tectoniques).), il va pouvoir sortir de la Terre et se propager dans la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) où seraient installés les télescopes à neutrinos. Ce muon allant plus vite que la vitesse de la lumière dans l'eau, il engendre de la lumière Tcherenkov, l'équivalent pour la lumière du bang supersonique (Le bang supersonique caractérise le bruit causé par une onde de choc d'un objet physique comme un avion (ou le bout d'un fouet) qui atteint une vitesse supersonique équivalente à celle du mur du son.). Il s'agit d'un cône de lumière bleutée. Ce type de télescope à neutrinos est constitué d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) tridimensionnel de détecteurs de photons (des photomultiplicateurs) qui permet de reconstruire le cône Tcherenkov, et donc la trajectoire du muon et du neutrino incident, et ainsi la position de la source dans le ciel. La résolution angulaire actuelle est de l'ordre du degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :).

Ces télescopes à neutrinos sont déployés dans un grand volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d'eau liquide ou de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) pour que la lumière émise par le muon soit perceptible. Des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre...) de l'ordre du kilomètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des cinq solides de Platon, le seul ayant exactement 6 faces,...) pour avoir une sensibilité suffisante aux faibles flux cosmiques. Ils doivent être placés sous des kilomètres d'eau pour, d'une part, être dans l'obscurité absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante ou plus généralement par chauffe,...), et, d'autre part, pour avoir un blindage aux rayons cosmiques qui constituent le bruit de fond principal de l'expérience.

Les télescopes à neutrinos, ces immenses volumes situés au fonds des eaux et regardant sous nos pieds, constituent une étape majeure dans le développement de l'astrophysique des particules et devrait permettre de nouvelles découvertes en astrophysique, cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.), matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des...) et oscillations de neutrinos.

Les neutrinos au-delà du Modèle Standard

Depuis que l'on sait que les neutrinos ont une masse, les théoriciens ont développé de nombreuses théories dites "au-delà" du Modèle Standard afin d'expliquer cette masse. Un des modèles les plus prometteurs est le modèle du "see-saw", ou "balançoire (La balançoire est un loisir pour les enfants, généralement de plein air, qui consiste à se balancer sur une planche accrochée à un portique.)" en français. Dans ce modèle on introduit dans la théorie des neutrinos de chiralité (La chiralité (du grec ch[e]ir~ - main~) est une importante propriété d'asymétrie dans diverses branches de la science. Un objet ou un système est appelé chiral s'il diffère de son image miroir. De tels objets se présentent alors sous...) droite (on étend donc le contenu en particules du Modèle Standard d'où l'appellation "au-delà") que l'on suppose très massifs (bien au-delà de l'échelle électrofaible). Cette dernière hypothèse est justifiée par le fait que l'on ne les ait jamais observés jusqu'à présent et par des considérations de symétrie. Ainsi, on arrive à expliquer la faible masse des neutrinos gauches, ceux que l'on observe jusqu'à présent. Il existe en effet un lien très fort entre la masse des neutrinos gauches et celle des neutrinos droits : elles sont inversement proportionnelles. Donc plus les neutrinos droits sont lourds, plus les neutrinos gauches sont légers. Ce modèle repose sur le fait que l'on considère les neutrinos comme des particules de Majorana, fait qui sera infirmé ou confirmé dans les prochaines années par l'expérience NEMO (L'expérience NEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory) résulte d'une collaboration internationale scientifique et recherche les désintégrations...) étudiant la double désintégration β sans neutrino. L'un des attraits de ce modèle est qu'il pourrait permettre d'expliquer l'antisymétrie matière/antimatière de notre Univers. En effet, on se demande toujours pourquoi l'univers contient de la matière, sans antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe...). Des processus issus de la désintégration des neutrinos droits dans des périodes où l'univers était très jeune permettent de comprendre ce phénomène. Les processus impliqués sont appelés la leptogénèse et la baryogénèse.

Aujourd'hui les conséquences physiques dues à la masse des neutrinos sont donc très vastes et forment un domaine 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,...) très actif au sein de la communauté scientifique.

(L'existence de neutrinos droits très massifs pourraient expliquer la matière noire entourant les galaxies) (?).

Confusion courante

On entend parfois que les neutrinos se déplaceraient plus vite que la lumière. Cette phrase ne doit en aucun cas être interprétée comme une violation de la relativité restreinte (On nomme relativité restreinte une première version de la théorie de la relativité, émise en 1905 par Albert Einstein, qui ne considérait pas la question des accélérations d'un référentiel, ni les interactions d'origine...), qui interdit de dépasser la vitesse de la lumière : en fait, la vitesse des neutrinos dans l'eau est supérieure à celle de la lumière dans l'eau.

Page générée en 1.079 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