La VITESSE de la LUMIÈRE et les NEUTRINOS

50 Questions Réponses pour Mieux Comprendre les Expériences en Cours
jeudi 25 avril 2013
par  Jacques

N°29 - LA VITESSE de la LUMIÈRE et les NEUTRINOS
50 questions/réponses pour mieux comprendre les expériences en cours
François Vannucci - Ellipses - 04/12 - 64 pages - Tout lecteur.

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RÉSUMÉ : Le point sur le bilan controversé de l’expérience OPERA où des vols de neutrinos (bien au dessous de nids de coucous) auraient devancé de 60 ns, soit 20m en souterrain, les photons de lumière. Leur caractère supraluminique interroge la communauté qui garde confiance dans les théories…

MOTS CLÉ : Opéra, 22/09/11, Gran Sasso, 60ns.

L’AUTEUR : François VANNUCCI est professeur au laboratoire de physique nucléaire et des hautes énergies (Université Paris VII).

Le 22/09/12 les chercheurs du CNRS annonçaient qu’un faisceau de neutrinos produit au CERN et envoyé en direction d’un détecteur sous le Gran Sasso à quelque 730km présentait une avance de 60ns sur la lumière, soit quelques 60m (c=2.10⁻⁵).

Le grand spécialiste qu’est François Vannucci (Le miroir aux neutrinos 09/03-L’astronomie de l’extrême univers 05/09) nous honore de lever le voile sur les détails de l’expérience OPERA (Oscillation Project with Emulsion Racking Appartus). Chacun appréciera l’efficacité et la pédagogie de sa méthode qui consiste à répondre aux 50 questions que peuvent se poser tout ceux concernés par le problème. S’agit-il d’une expérience cruciale mettant en doute les principes même d’une théorie pourtant très cohérente ? La relativité restreinte repose sur le principe de relativité étendu à l’électromagnétisme et sur la constance de la vitesse de la lumière. Einstein lui-même, n’avouait-il pas à son ami Solovine : il n’y a pas un seul concept dont je sois convaincu qu’il demeurera, et je ne suis pas sûr en général d’avoir été sur la bonne piste. (28/03/49). Chacun sait qu’une théorie a ses limites et qu’il importe d’être limité pour devenir. (St Exupéry). Le neutrino n’a-t-il pas émergé de cette confiance à la conservation de l’énergie ? Affichons donc cette confiance à la théorie avant d’étaler au grand jour que le grand homme s’est é-garé !

Le point est fait d’abord sur les neutrinos, leptons non chargés, sensibles uniquement à l’interaction faible et donc difficilement détectables, même si 60 milliards tombent chaque seconde sur 1cm² de Terre. Le big-bang, les supernovæ et les rayons cosmiques sont aussi sources de neutrinos. Les grands accélérateurs et les centrales nucléaires permettent de disposer de faisceaux de neutrinos sur lesquels des expériences peuvent être conduites. Les détecteurs exploitent la lumière Cérenkov émise par interaction d’un électron émis lors de l’interaction d’un neutrino avec une molécule d’eau. Pourquoi sous la montagne ? Comment faut-il comprendre les oscillations de neutrinos ? Comment mesure-t-on la vitesse ? La distance entre source et détecteur ?

Initiée en 2006, l’expérience OPERA concerne 175 chercheurs provenant de 30 instituts représentant 11 états. Elle complète d’autres expériences (Gargamelle, CDHS, CHARM, NOMAD, MINOS, SK, Antarès), œuvrant à la compréhension de la matière dont on sait que l’essentiel reste à ce jour de nature inconnue.

Si la relativité chahute l’écoulement du temps apprivoisé de nos horloges, il reste exclu de bricoler sur le principe de causalité et la flèche du temps, aussi cosmique soit-il. Elle tolère ces drôles de tachyons supraluminiques et leur masse imaginaire, mais contraint leurs propriétés. La prise en compte des effets relativistes impose certaines corrections sur les mesures. D’autre part les incertitudes statistiques et systématiques, la définition des tops de départ, du temps zéro des neutrinos sur les 16.000 interactions détectées, ne sont pas exempts de subjectivité.

Quelles sont les alternatives dans la mesure où OPERA n’échafaude aucune théorie, et qu’elle se livre à la communauté scientifique à fin d’un examen critique ? Raccourcis d’espace-temps ? Effets subtils de la quantique ? Remise en question du principe de relativité ? Cinquième force sur les neutrinos ? Il est évident que ce fait soit pris au sérieux et que la physique doit rester ouverte aux surprises. Le déficit des neutrinos solaires n’est-il pas là pour nous rappeler qu’il ouvrit sur perspective d’oscillations des neutrinos ? S’agit-il d’une correction mal ajustée ou d’une découverte de première grandeur ? De nouveaux tests en cours, tendant à affiner l’évaluation du temps de création des neutrinos, du temps zéro (impulsions ramenées de 10µs à 3ns), devraient apporter de nouvelles informations propres à affiner ou à revoir les analyses.

Le 23/02/12 la collaboration OPERA annonçait avoir identifié 2 effets susceptibles d’avoir une influence sur la mesure du temps de parcourt des neutrinos (oscillateur synchronisant les GPS/Connecteurs fibres optiques acheminant le signal GPS). Affaire à suivre donc, et merci de nous tenir informés !

Dossier passionnant pour être concis et précis, par les questions/réponses qu’il propose, et qui mériterait d’être imité sur d’autres sujets. Il importe d’impliquer le public curieux et financeur de l’avancement de la recherche fondamentale. A fait, où est en le boson de Higgs ? Il paraîtrait que….

Jacques CAZENOVE - 26/05/12