C'est exact #1 : Prix Nobel et neutrinos

13/10/2015

Mardi 8 octobre, le prix Nobel de physique a été remis à Takaaki Kajita et Arthur B. McDonald, deux chercheurs spécialistes des neutrinos, qui ont prouvé que ces particules élémentaires ont une masse. Explications sur une découverte scientifique majeure dans le domaine de l'infiniment petit.
 

Resituons un petit peu l'élément central de la recherche. Les neutrinos sont des particules élémentaires. C'est à dire qu'à l'heure actuelle, les scientifiques ne sont pas capables de déterminer s'ils sont composés d'éléments encore plus petits (à l'image des quarks, composantes des protons et neutrons notamment) ou pas. Mais, contrairement à d'autres particules élémentaires bien connues (telles que les électrons ou les quarks), les neutrinos sont très difficilement observables. En effet, si 10 milliards de neutrinos d'1 MeV (unité de mesure de l'énergie des patricules subatomiques) traversent la Terre, un seul va interagir avec un atome constituant notre planète. C'est cette très faible interaction avec la matière qui rend l'observation du neutrino très compliquée. Les neutrinos sont les particules les plus nombreuses dans l'univers, juste derrière les photons. Ils sont produits par les étoiles, par le biais de réactions radioactives, ainsi que lors de supernovae (explosions d'étoiles massives en fin de vie). Mais il est possible qu'ils soient apparus dès le Big Bang.

L'existence des neutrinos est postulée en 1930, pour expliquer l'apparente non-conservation de l'énergie lors d'une désintégration β, une émission radioactive d'un électron ou d'un positron, qui est l'anti-particule associée à l'électron. D'après l'hypothèse du physicien Wolfgang Pauli, cette énergie manquante est expliquée par l'émission d'un neutrino en plus de l'électron ou du positron. Ce n'est qu'en 1956 que son existence est prouvée expérimentalement ; une découverte très récente qui, couplée à la difficulté d'observation, explique notre méconnaissance actuelle du neutrino. Pourtant, depuis sa découverte, le neutrino suggère de plus en plus de questions, tant les réponses apportées sont mystérieuses.

 

 L'expérience MiniBooNE a pour but d'observer l'oscillation des neutrinos. (source photo: Boone.fnal.gov)

 

L'oscillation des neutrinos

 

Dès sa découverte, il est envisagé que le neutrino, électriquement neutre, n'a pas de masse, à l'image du photon. Pourtant, de récentes découvertes ont postulé qu'il possède une masse, même si celle-ci est très faible. Le problème majeur de cette hypothèse est qu'elle va à l'encontre du modèle standard, c'est à dire de la théorie actuellement en vigueur pour expliquer les comportements des particules. Le modèle standard suppose en effet que le neutrino possède une masse nulle, et supposer le contraire remet en cause notre appréhension actuelle de la physique des particules.
Les deux lauréats 2015 du Nobel de physique ont participé à la découverte du phénomène d'oscillation des neutrinos. Ceux-ci ont la particularité de changer de saveur, une caractéristique des particules. Les neutrinos peuvent passer d'une saveur à une autre continuellement, et ce sont ces changements qui sont appelés "oscillations des neutrinos". Or, pour permettre cette oscillation, les neutrinos doivent obligatoirement avoir une masse non-nulle. Cette masse n'est actuellement pas mesurable, tant elle est faible et tant la particule est insaisissable, mais elle existe.


Des questions nouvelles
 

La découverte de l'existence de la masse non-nulle du neutrino peut sembler peu spectaculaire. Pourtant, elle est fondamentale dans la compréhension de notre univers. En effet, une des particularités de notre univers est que l'antimatière n'y est pas présente, ou tout du moins en très faible quantité. Ceci va à l'encontre de la thèse du Big Bang, qui suppose qu'une même quantité de matière et d'antimatière a été produite au moment de la création de l'univers. La matière et l'antimatière s'anihilant mutuellement, l'issue du Big Bang aurait ainsi du être un univers vide. Or, la matière est là, formant galaxie, étoiles, planètes et nous-mêmes. Une hypothèse avancée est que l'antimatière et la matière aient été rejetées dans deux coins de l'univers distant. Une autre hypothèse inclut une asymétrie entre l'antimatière et la matière, c'est à dire une quantité infimement plus importante de matière que d'antimatière laissant, après anihilation mutuelle, de la matière. Les physiciens parient aujourd'hui sur la responsabilité des neutrinos dans cette asymétrie, et la découverte de leur masse non nulle est un premier pas vers l'explication même de notre existence.

Please reload