Adaptation d’un article du NewScientist du 6 janvier 2024, intitulé Ready to blow
Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Les neutrinos sont des fermions de spin ½, plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres. Il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique.
L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.
Parce que la découverte de ces particules est récente et parce qu’elles interagissent faiblement avec la matière, au début du 21e siècle de nombreuses expériences sont consacrées à connaître leurs propriétés exactes. Voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Neutrino
On n’a pas encore clairement compris ce qui provoque les supernovas, autrement dit l’explosion lumineuse d’une étoile ayant épuisé son combustible. Toutes les 10 secondes dans l’univers se produit cet événement catastrophique. Aujourd’hui pourtant l’on considère que ces particules élusives que sont les neutrinos jouent un rôle essentiel dans ces événements. Comprendre ce rôle devrait aider à élaborer une nouvelle théorie concernant la physique des particules .
Malheureusement les supernova se produisant suffisamment près de la Terre pour pouvoir être convenablement étudiées sont rares. La dernière observée date de 1987 et les quelques 25 neutrinos recueillis à cette occasion n’ont pas été suffisamment nombreux pour étudier le phénomène. Aujourd’hui cependant plusieurs détecteurs de neutrinos ont été mis en place sur la planète et la prochaine supernova se produisant à la bonne distance suscite déjà une grande excitation chez les physiciens des neutrinos, tels Joachim Kopp de l’université Johannes Gutemberg en Allemagne ou Kate Scholberg de la Duke Universiy en Caroline du Nord.
Les neutrinos, avant d’être observés, avaient été évoqués en tant qu’entité mathématique par Wolfgang Pauli en 1930. Il pensait qu’ils étaient sans masse et sans charge électrique. Aujourd’hui encore ils sont appelés « particules fantômes » (ghostly particles). Des milliards d’entre eux traversent le petit doigt de notre main sans être observées. Elles ne se révèlent qu’en interagissant avec d’autres particules dans le cadre de ce que l’on nomme la force nucléaire faible. L’on ne sait donc que peu de choses sur elles.
Mais ces particules sont indispensables à toutes les théories qui voudraient aujourd’hui remplacer le modèle standard de la physique des particules élémentaires, dont l’on sait qu’il est incomplet. Selon celui-ci, les neutrinos sont des particules sans masse qui ne se présentent qu’en trois saveurs distinctes, électron, muon et tau. 2) Mais les premières observations des neutrinos produits par le soleil aussi bien que dans les rayons cosmiques en haute atmosphère ont montré qu’ils pouvaient changer de saveur. De plus ce changement n’est possible que s’ ils ont une masse. Or l’origine de celle-ci ne peut être expliquée par le modèle standard.
Les scientifiques ont étudié des solutions permettant à ce qu’ils nomment des oscillations du neutrino de se produire en tant que compléments du modèle standard. Celles-ci incluent le fait que les particules puissent posséder trois masses discrètes (non continues). Dépendante de l’énergie du neutrino et de la distance qu’il a parcourue, la probabilité qu’il change de saveur peut être calculée. Malheureusement, pour diverses raisons que nous ne résumerons pas ici, ces saveurs elles-mêmes ne peuvent être précisées.
Les physiciens des particules ont obtenu la création de trois coûteuses Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) aux Etats-Unis, au Japon et en Chine. Ces stations seront dotées de bassins d’eau qui signaleront la rencontre d’un neutrino accéléré avec une molécule d’eau. En faisant varier l’accélération on devrait pouvoir préciser comment les neutrinos changent de forme.
Par ailleurs les bassins pourront capter les neutrinos arrivant en grand nombre de l’espace à la suite de l’effondrement d’une étoile, phénomène dit supernova Les premières études de ces neutrinos cosmologiques ont déjà montré que leur énergie sera très supérieure à celle obtenue dans un accélérateur de particules.
En dehors des neutrinos, ces stations ont déjà permis de préciser l’existence d’autres particules hypothétiques produites par les supernova., les axions, les photons noirs et un autre type de neutrino dit stérile. Toutes sont supposées constituer la matière noire qui serait présente dans l’univers en bien plus grande quantité que la matière ordinaire mais qui n’a encore été jamais observée véritablement.
Malheureusement, contrairement aux accélérateurs de particules qui produisent des faisceaux de neutrinos bien contrôlés, les supernova produisent des flux de particules chaotiques et donc encore mal étudiés.
Notes
1) La saveur, en physique des particules, est une caractéristique permettant de distinguer différents types de leptons et de quarks, deux sous-familles des fermions. Les leptons se déclinent en trois saveurs et les quarks en six saveurs. Les saveurs permettent de distinguer certaines classes de particules dont les autres propriétés (charge électrique, interactivité, etc.) sont similaires. Les dénominations des saveurs ont été introduites par Murray Gell-Mann, baptisant le quark étrange lors de la détection du kaon en 1964.
Malheureusement les supernova se produisant suffisamment près de la Terre pour pouvoir être convenablement étudiées sont rares. La dernière observée date de 1987 et les quelques 25 neutrinos recueillis à cette occasion n’ont pas été suffisamment nombreux pour étudier le phénomène. Aujourd’hui cependant plusieurs détecteurs de neutrinos ont été mis en place sur la planète et la prochaine supernova se produisant à la bonne distance suscite déjà une grande excitation chez les physiciens des neutrinos, tels Joachim Kopp de l’université Johannes Gutemberg en Allemagne ou Kate Scholberg de la Duke Universiy en Caroline du Nord.
Les neutrinos, avant d’être observés, avaient été évoqués en tant qu’entité mathématique par Wolfgang Pauli en 1930. Il pensait qu’ils étaient sans masse et sans charge électrique. Aujourd’hui encore ils sont appelés « particules fantômes » (ghostly particles). Des milliards d’entre eux traversent le petit doigt de notre main sans être observées. Elles ne se révèlent qu’en interagissant avec d’autres particules dans le cadre de ce que l’on nomme la force nucléaire faible. L’on ne sait donc que peu de choses sur elles.
Europe Solidaire 