Une particule «caméléon» prise sur le fait
Des physiciens travaillant à l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie ont résolu un vieux mystère du domaine de la physique des particules. Après trois années d'expériences à l'aide d'un faisceau intense de neutrinos muoniques, ils ont pu capturer une particule élémentaire changeant d'une forme à une autre. Leur découverte permet d'expliquer la disparition apparente des neutrinos dans leur voyage vers et au travers de la Terre. Un neutrino, qui signifie «un petit neutre», est une particule élémentaire (comme un électron) qui possède une masse très faible et peut se déplacer pratiquement à la vitesse de la lumière. Les neutrinos interagissent très peu avec la matière, et transitent sur Terre sans être dérangés. Il existe trois types de neutrinos: les neutrinos électroniques, les neutrinos muoniques, et les neutrinos tauiques, et ils sont tous très difficiles à détecter. La majorité des neutrinos qui transitent sur Terre proviennent du Soleil, mais dans les années 1960, le chercheur américain Ray Davis a constaté qu'il y a en réalité beaucoup moins de neutrinos qui parviennent jusqu'à la Terre depuis le Soleil que ce que prédisaient les modèles solaires. Depuis, les physiciens ont tenté de comprendre pourquoi nombre d'entre eux se perdaient en chemin. En 1969, Bruno Pontecorvo et Vladimir Gribov, des théoriciens de Russie, ont suggéré que les neutrinos oscilleraient entre différents types, ce qui pourrait expliquer ce phénomène. Depuis, plusieurs expériences ont permis d'observer la disparition des neutrinos muoniques mais il n'a jamais été possible de détecter l'apparition spontanée des neutrinos tauiques. En 2006, des physiciens travaillant au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) à Genève, en Suisse, ont entamé des expériences avec un faisceau intense de neutrinos muoniques. Les chercheurs travaillant dans le cadre de l'expérience baptisée OPERA («Oscillation project with emulsion-tracking apparatus») à l'INFN ont tenté de comprendre l'apparition des particules tauiques dans le faisceau. Celle-ci impliquerait que les neutrinos muoniques se transforment en neutrinos tauiques. En fin de compte, leur patience a été récompensée. Les chercheurs d'OPERA ont pour la première fois capturé un neutrino «caméléon» en pleine transformation, passant du stade muonique au stade tauique. Ces résultats sont le fruit de sept années de préparation et de plus de trois ans d'expérimentation sur le faisceau du CERN. Au cours de cette période, des milliards de neutrinos muoniques ont été envoyés à une vitesse de 2,4 millisecondes depuis le CERN jusqu'à Gran Sasso, à 730 kilomètres de là. «Ce succès est dû à la ténacité et l'inventivité des physiciens de la communauté internationale, qui ont conçu un faisceau de particules spécialement pour cette expérience», expliquait le président de l'INFN, Roberto Petronzio. «Ainsi, la conception originale de Gran Sasso a été couronnée de succès. En fait, lors de leur construction, les laboratoires ont été orientés de façon à recevoir les faisceaux de particules du CERN.» «Nous sommes certains que cet évènement sera suivi d'autres qui démontreront l'apparition de l'oscillation des neutrinos», ajoute Antonio Ereditato, le porte-parole de la collaboration d'OPERA. Le directeur général du CERN, Rolf Heuer, saluait ces résultats: «Ces travaux constituent une étape importante dans la physique des neutrinos. Je félicite l'équipe de l'expérience OPERA et les laboratoires de Gran Sasso, ainsi que les départements chargés de l'accélérateur du CERN. Nous souhaitons découvrir les autres éléments de physique que cette découverte présage». L'observation des oscillations de neutrinos ouvre la voie à d'importantes découvertes en astrophysique. Actuellement, le modèle standard minimal que les physiciens utilisent pour expliquer le comportement des particules fondamentales avance que les neutrinos ont une masse égale à zéro. Cependant, la démonstration de l'oscillation des neutrinos indique qu'ils ont réellement une masse. Ainsi, la révision du modèle standard minimal permettrait aux scientifiques de découvrir de nouveaux types de neutrinos, et d'expliquer la théorie de la matière noire et même de la nature de l'univers.
Pays
Suisse, Italie