PHYSIQUE : Quelques remarques sur la vitesse du neutrino

mardi 18 octobre 2011.
 

Depuis vendredi 23 septembre 2011 matin, une communication scientifique de l’expérience OPERA et du CERN, indique que l’on aurait observé des neutrinos allant plus vite que la lumière.

La vitesse limite pour une particule massive est celle de la lumière, telle est ce qu’indique la théorie admise depuis plus d’un siècle de la relativité restreinte d’Einstein, théorie vérifiée par des milliers d’expérimentations. Il faut une énergie infinie pour atteindre la vitesse de la lumière. La vitesse de la lumière elle-même n’est atteinte que par la lumière, les photons étant des particules/ondes non massives mais d’énergie finie à cette vitesse.

L’expérience OPERA a pour but de mieux connaitre le neutrino. C’est une particule très répandue, mais très mal observable car elle n’interagit avec pratiquement rien, d’où la difficulté d’expérimentation. On lui attribut une masse très faible (très inférieure à celle de la particule courante la plus légère : l’électron), mais pas nulle. Pour OPERA les physiciens créent des neutrinos au CERN (Genève) et les observe sous le Gran Sasso, montagne des Apennins, à 700km de là en Italie (les neutrinos ont donc traversé une bonne quantité de matière !). Les physiciens ont mesuré la distance et le temps de parcours avec une grande précision : ces neutrinos vont « trop vite » de 60 milliardièmes de seconde soit environ 20m !

Ces observations ont commencé il y a plus de six mois. Elles sont apparues tellement incroyables que les expérimentateurs ont « tout » vérifié avant de communiquer. Ils estiment aujourd’hui l’erreur possible inférieure à 10 milliardièmes de seconde, très en-dessous de l’écart observé. Egalement troublant, un écart semblable à été observé aux Etats Unis d’Amérique sur l’expérience MINOS (un déficit de 100 milliardièmes de secondes sur 1000km) mais avec une précision très faible (de l’ordre de 60 milliardièmes de seconde).

C’est la règle dans la recherche fondamentale : ces observations sont rendues publiques lorsqu’elles apparaissent fortement crédibles. Il s’agit de les faire critiquer par l’ensemble de la communauté. Il y aura donc une première phase de travail consistant à chercher la faille dans cette observation. Par exemple MINOS va améliorer la précision de ses mesures pour atteindre un seuil de confiance suffisant, confirmation ou infirmation d’OPERA tel est le premier enjeu. Mais les physiciens vont aussi imaginer et mettre en place de nouvelles expériences (ce qui est loin d’être immédiat). Ils cherchent également un biais d’observation introduisant une erreur.

Deuxième question, si l’observation s’avère fiable, est-ce une particularité du neutrino ou pas : cette anomalie n’a jamais été observée pour une autre particule massive depuis un siècle. Alors le neutrino serait-il une particule encore plus exotique que nous le pensons, une masse très particulière ? se déplaçant dans un espace plus compliquée du fait de ses particularités ? Ca serait alors un nouveau défit pour la physique.

Ceci au moment où nous approchons de la caractérisation (existence ou non ? quelle masse s’il existe ?) du boson de Higgs. Les premiers résultats des expériences sur le LHC (Large hadron Collider, au CERN à Genève) confirment les théories les plus classiques de la physique contemporaine, le modèle standard est vérifié chaque jour à Genève.

Décidément dame nature est rebelle.


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