30/06/2022 Les neutrinos stériles. Sur la piste de la matière noire.

L’hypothétique matière noire est ainsi nommée parce qu’elle constituerait quelques 25% de la matière présente dans l’univers. Cependant elle ne réagirait qu’à la force gravitationnelle. Elle serait ainsi insensible à toutes les autres forces fondamentales de la nature, à savoir l’électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte.

Cette matière noire ou matière sombre est une catégorie de matière hypothétique, invoquée dans le cadre du Modèle LambdaCDM pour rendre compte de certaines observations astrophysiques, notamment les estimations de la masse des galaxies ou des amas de galaxies et les propriétés des fluctuations du fond diffus cosmologique

Aujourd’hui, certaines hypothèses envisagent que les particules élémentaires constituant cette matière noire pourraient être constituées de super-neutrinos ou neutrinos stériles.

On nomme neutrino une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Depuis 1998, on sait qu’ils ont une masse extrêmement faible, beaucoup plus que toutes les autres particules du modèle standard. La masse du neutrino est 500.000 fois plus faible que la masse d’un électron .( Voir wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Neutrino). De ce fait, ils n’interagissent que faiblement avec les autres particules. Cependant ils restent détectables avec des instruments de haute précision.

Les super-neutrinos, dits aussi neutrinos stériles, constitueraient un type hypothétique de neutrinos  qui n’interagiraient avec aucune des forces fondamentales du modèle standard de la physique des particules, hormis la gravité.

Le terme de neutrino stérile est utilisé pour le distinguer du neutrino actif du modèle standard, qui dispose d’une charge utilisée dans l’interaction nucléaire faible.

Des résultats obtenus dans le cadre de l’expérience Baksan https://cds.cern.ch/record/1738985/files/vol30-issue5-p016-f.pdf sur les transitions stériles (BEST) https://arxiv.org/abs/2201.07364 menée en Russie ont confirmé une anomalie déjà observée lors d’expériences précédentes. Celle-ci consiste en un déficit de neutrinos par rapport au nombre attendu à l’issue de la manipulation. Ce déficit pourrait mettre en évidence l’existence d’une particule élémentaire hypothétique appelée « neutrino stérile ».

BEST indiquerait également que l’on fait erreur sur certains aspects essentiels du modèle standard de la physique des particules, le neutrino ayant toujours été considéré comme dépourvu de masse et de charge.

Références

Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.232501
V. V. Barinov et al.
Phys. Rev. Lett. 128, 232501 – Published 9 June 2022

ABSTRACT

The Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST) was designed to investigate the deficit of electron neutrinos νe observed in previous gallium-based radiochemical measurements with high-intensity neutrino sources, commonly referred to as the “gallium anomaly,” which could be interpreted as evidence for oscillations between νe and sterile neutrino (νs) states. A 3.414-MCi 51Cr νe source was placed at the center of two nested Ga volumes and measurements were made of the production of 71Ge through the charged current reaction, 71Ga(νe,e−)71Ge, at two average distances. The measured production rates for the inner and the outer targets, respectively, are [54.9+2.5−2.4(stat)±1.4(syst)] and [55.6+2.7−2.6(stat)±1.4(syst)] atoms of 71Ge/d. The ratio (R) of the measured rate of 71Ge production at each distance to the expected rate from the known cross section and experimental efficiencies are Rin=0.79±0.05 and Rout=0.77±0.05. The ratio of the outer to the inner result is 0.97±0.07, which is consistent with unity within uncertainty. The rates at each distance were found to be similar, but 20%–24% lower than expected, thus reaffirming the anomaly. These results are consistent with νe→νs oscillations with a relatively large Δm2 (>0.5  eV2) and mixing sin22θ (≈0.4).

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