Neutrino Article, Signification, Explication

Le neutrino est une particule élémentaire. Il possède un spin de 1/2, c'est donc un fermion. Selon le modèle standard de la physique des particules, longtemps sa masse fut supposée nulle; toutefois, des expériences récentes (Super-Kamiokande) ont montré que celle-ci, bien que très petite, est différente de zéro.

L'existence du neutrino a été postulé 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.

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

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 de plomb pour arrêter la moitié des neutrinos qui la traversent. Les détecteurs de neutrinos contiennent donc typiquement des centaines de tonnes d'un matériau construit de telle façon que quelques atomes par jour interagissent avec les neutrinos entrant. Dans une supernova qui s'effondre, la densité 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 ν_e, le neutrino muonique ou neutrino-muon ν_μ et le neutrino tauique ou neutrino-tau ν_τ. 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 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 qui concernait les neutrinos est celui de la matière sombre, la masse « manquante » de l'univers. 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, 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, 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 la matière sombre.

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 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

• Les détecteurs au chlore furent les premiers employés et se composent d'un réservoir rempli de liquide de nettoyage à sec (CCl4). Dans ces détecteurs un neutrino convertit un atome de chlore en un atome d'argon. Le fluide doit être purgé périodiquement avec du gaz 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, 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 de la lumière dans ce milieu, mais plus lentement que la vitesse de la lumière dans le vide, comme le prévoit la théorie de la relativité. Ceci produit une « onde de choc 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 l'eau lourde emploient trois types de réactions pour détecter les neutrinos: la même réaction que les détecteurs à eau legere, une réaction impliquant la collision 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.

En 2004, différentes expériences de physique des particules cherchent à améliorer les connaissances sur l'oscillation des neutrinos. Outre les neutrinos créés par la radioactivité du Soleil et ceux venant de la radioactivité des centrales nucléaires, les physiciens étudient également des neutrinos créés par des accélérateurs de particules (par exemple, l'expérience japonaise K2K). L'avantage de ce type d'expérience est de contrôler le flux et le moment où les particules sont envoyés. De plus, on choisit leur énergie et la distance qu'elles parcourent entre leur production et leur détection. On peut ainsi se placer au maximum de l'oscillation où la mesure des paramètres d'oscillation est la plus précise.

C'est un article concernant le Neutrino. La page contient la signification du Neutrino , Description et explication au sujet de Neutrino