Une anomalie « très excitante » détectée dans une expérience majeure pourrait être une énorme nouvelle pour la physique
Un étrange écart entre les prédictions théoriques et les résultats expérimentaux d’un important projet de recherche sur les neutrinos pourrait être le signe de l’existence de l’insaisissable neutrino “stérile”, une particule si silencieuse qu’elle ne peut être détectée que par le silence qu’elle laisse dans son sillage.
Ce n’est pas la première fois que cette anomalie est observée, et elle vient s’ajouter aux données expérimentales précédentes qui laissaient présager quelque chose d’étrange dans le monde de la recherche sur les neutrinos. Cette fois, elle a été détectée dans le cadre de l’expérience Baksan sur les transitions stériles (BEST).
La mise en évidence sans ambiguïté de l’hypothétique neutrino stérile pourrait fournir aux physiciens un candidat solide pour la mystérieuse réserve de matière noire de l’Univers. D’un autre côté, tout pourrait simplement se résumer à un problème dans les modèles utilisés pour décrire les comportements bizarres des neutrinos de la vieille école.
Ce qui constituerait également un moment important dans l’histoire de la physique.
“Les résultats sont très intéressants”, déclare Steve Elliott, physicien au Laboratoire national de Los Alamos.
“Cela réaffirme définitivement l’anomalie que nous avons vue dans les expériences précédentes. Mais ce que cela signifie n’est pas évident. Il y a maintenant des résultats contradictoires sur les neutrinos stériles. Si les résultats indiquent que la physique nucléaire ou atomique fondamentale est mal comprise, ce serait également très intéressant.”
Bien qu’ils figurent parmi les particules les plus abondantes de l’Univers, les neutrinos sont notoirement difficiles à attraper. Lorsque vous n’avez pratiquement aucune masse, aucune charge électrique et que vous ne faites connaître votre présence que par le biais de la force nucléaire faible, il est facile de vous glisser sans encombre à travers les matériaux les plus denses.
Le mouvement fantomatique du neutrino n’est pas sa seule qualité intéressante. L’onde quantique de chaque particule se transforme au fur et à mesure qu’elle se déplace, oscillant entre des “saveurs” caractéristiques qui font écho à leurs cousins chargés négativement – l’électron, le muon et le tau.
Dans les années 1990, des études sur les oscillations des neutrinos menées au laboratoire national américain de Los Alamos ont révélé des lacunes dans la synchronisation de ces oscillations qui laissaient la place à une quatrième saveur, une saveur qui ne provoquerait pas la moindre secousse dans le champ nucléaire faible.
Caché dans le silence, ce neutrino stérile ne serait visible que par une brève pause dans ses interactions.
Le BEST est protégé des sources de neutrinos cosmiques sous un kilomètre de roche dans les montagnes du Caucase, en Russie. Il comporte un réservoir à double chambre de gallium liquide qui recueille patiemment les neutrinos émis par un noyau de chrome irradié.
Après avoir mesuré la quantité de gallium qui s’était transformé en isotope de germanium dans chaque réservoir, les chercheurs ont pu remonter le temps pour déterminer le nombre de collisions directes avec les neutrinos pendant qu’ils oscillaient dans leur saveur électronique.
Comme dans le cas de l’“anomalie du gallium” de l’expérience de Los Alamos, les chercheurs ont calculé qu’il y avait entre un cinquième et un quart de germanium en moins que prévu, ce qui laisse supposer un déficit dans le nombre attendu de neutrinos électroniques.
Cela ne veut pas dire avec certitude que les neutrinos ont brièvement adopté une saveur stérile. De nombreuses autres recherches de la petite particule pâle n’ont rien donné, ce qui laisse la possibilité que les modèles utilisés pour prédire les transformations soient, à un certain niveau, trompeurs.
Ce n’est pas une mauvaise chose en soi. Des corrections dans le cadre de base de la physique nucléaire pourraient avoir des ramifications importantes, révélant potentiellement des lacunes dans le modèle standard qui pourraient conduire à des explications pour certains des grands mystères restants de la science.
S’il s’agit bien de la marque du neutrino stérile, nous pourrions enfin avoir la preuve de l’existence d’une matière qui existe en quantités énormes, mais qui n’est qu’une fossette gravitationnelle dans le tissu de l’espace.
La question de savoir s’il s’agit de la somme de la matière noire ou d’une simple pièce de son puzzle dépendra de la poursuite des expériences sur la plus fantomatique des particules fantômes.
Cette recherche a été publiée dans Physics Review Letters et Physical Review C.
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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche
