Les Neutrinos

Sa découverte

Pauli, physicien reconnu du XXème siècle imagina la présence des neutrinos dans l'univers en 1933 à l'aide d'un simple constat d'une réaction appelée désintégration β ne respectant pas la loi de la conservation de l'énergie (l'énergie des réactifs est égale à celle des produits) :

4p => 4He + 2e⁺+ 2ve,

où : -2ve correspond aux neutrinos

     -p aux protons

     -He à l'hélium

     -e à la charge élementaire

Néanmoins, ce n'est que dans les années 50 que Frederick Reines (prix Nobel 1995) prouva scientifiquement leur existence.

 De plus, il existe différents types ou "saveurs" (la saveur, en physique des particules, est une caractéristique permettant de distinguer différents types de leptons et de quarks, deux sous-familles des fermions) de neutrinos :

PARTICULE	MASSE GeV/c2	SPIN	CHARGE ELECTRIQUE
Neutrino muonique νμ	<0.0002	1/2	0
Neutrino électronique νe	<1x10-⁸	1/2	0
Neutrino tauique ντ	<0.02	1/2	0

Le neutrino, une particule secrète

Le neutrino, bien qu'il soit 100x moins grand qu'un proton pourrait certainement receler les secrets de l'histoire de notre Univers, de sa création et de son développement, notamment, sa masse approximative. De plus, ce dernier permettrait de fonder une nouvelle ère du nucléaire avec de nouvelles utilisations comme la détection de bombes nucléaires portables, le repérage des navires à propulsion nucléaires ou encore la détection des essais nucléaires sauvages.

Les différents types de détecteurs de neutrinos

Les neutrinos étant invisibles aux détecteurs, les scientifiques doivent utiliser une approche indirecte : ils enregistrent les particules chargées et flashs de lumière créés lorsqu’un neutrino frappe un atome, inférant ainsi sa présence.

Les neutrinos n’interagissant que très rarement avec la matière, la seule manière de les détecter et de mettre beaucoup de matière sur leur passage. Super-Kamiokande, détecteur de neutrinos situé au Japon, est rempli de 50 000 tonnes d’eau. Les neutrinos (produits par l’atmosphère terrestre, venant du Soleil, et générés par un accélérateur situé à 295 km de là), interagissent avec les molécules d’eau et produisent des particules chargées. A leur tour, ces particules produisent des flashs bleus (phénomène appelé « rayonnement de Tcherenkov »). Les capteurs de lumière situés dans le réservoir d’eau capturent et enregistrent cette lueur.

Le détecteur NOvA en construction à Ash River (Etats-Unis, Minnesota) utilisera un scintillateur liquide, produit chimique qui émet un flash lorsqu’une particule le traverse, pour observer les neutrinos envoyés depuis le Fermilab à 800 km de là. Mesurant 15,6 m de large, 15,6 m de haut et plus de 60 m* de long, NOvA sera l’une des plus grandes structures plastiques du monde.
Au lieu d’utiliser un grand réservoir rempli de liquide, le détecteur NOvA est très segmenté afin de récupérer plus d’informations sur les neutrinos. Les 14 000 tonnes de scintillateur liquide seront divisées en des milliers de tubes de PVC. Lorsqu’un neutrino frappera le détecteur, produisant des particules chargées et des éclairs, il sera possible de savoir précisément où l’interaction s’est produite et dans quelle direction les particules sont allées.

Une autre technologie permettant d’obtenir plus d’information sur les interactions des neutrinos est une grille de fils immergés dans un liquide détecteur. Placés sous haute tension, les fils attirent les particules chargées qui apparaissent lorsque les neutrinos interagissent avec le liquide. Cette technique employée par le détecteur de neutrinos ICARUS basé en Italie, révèle le chemin précis emprunté par les particules chargées produites lorsque les neutrinos interagissent avec l’argon liquide. Le détecteur LBNE qui sera situé au Sanford Lab (Etats-Unis, Dakota du Sud), est la prochaine génération de ce type de détecteur.

Au Pôle Sud, le détecteur IceCube, situé à 1500 à 2000 m de profondeur, détecte les neutrinos qui interagissent avec la glace. Avec ses 1 km³ c’est le plus grand détecteur de neutrinos au monde.

Sources : http://www.symmetrymagazine.org/article/february-2013/neutrinos-the-standard-model-misfits           

http://www.ece.fr/pdf/ece-poster-journee-science-neutrino.php

Pr Benazzouk and Pr Collins, Cambridge University

Comments

[ddz]

Ce fut un article passionnant bien que je n'ai compris que la moitié des choses, je trouve que ce blog est très instructif bien que la mise en page est assez débutante

Daniel 3B

[Science-Georges]

Merci aux deux professeurs pour leur article édifiant et très intéressant.