Prix Nobel de physique 2015

Le prix Nobel de physique 2015 a été attribué à "Takaaki Kajita et Arthur B. McDonald pour la découverte des oscillations des neutrinos". Ils ont en gros démontré que les neutrinos avaient une masse (infime) et changeaient d'identité en arivant sur terre.Il n’existerait que trois familles de neutrinos, mais ces particules étranges ont la capacité de se transformer en un autre type de neutrinos.

Si quelqu'un comprend un peu plue en détails ça serait sympa qu'il explique la chose plus en détails.

Merci d'avance.

Bonjour,

J'avais écrit cet article sur mon blog à propos des oscillations de neutrinos : http://sortirdediaspar.blogspot.com/2012/05/les-neutrinos-de-daya-bay.html

Le prix Nobel de cette année récompense deux personnes qui ont joué un rôle majeur dans la mise en évidence de ce phénomène étonnant :

- Takaaki Kajita avec le détecteur SuperKamiokande au Japon qui a démontré que les neutrinos atmosphérique, c'est à dire les neutrinos produits dans l'atmosphère terrestre par l'interaction des rayons cosmiques, changeaient de "saveur" au cours de leur trajet entre l'atmosphère et le détecteur

- Arthur B. McDonald avec le détecteur SNO (Sudbury Neutrino Observatory) qui a démontré la même chose avec les neutrinos provenant des réaction thermonucléaires du Soleil.

Comme souvent, ces deux scientifiques ont joué un rôle clé dans cette découverte, mais derrière eux il y a des collaborations qui ont travaillé d'arrache-pied pour arriver à ces résultats. Il y a eu aussi plusieurs autres expériences qui ont pavé la route vers ces découvertes, la première est celle de Ray. Davis et John Bahcall dans la mine de Homestake dans le Dakota du sud qui a montré pour la première fois qu'une partie des neutrinos du soleil n'était pas détectée (parce qu'ils ont changé d'état en chemin, mais ça on ne le savait pas à l'époque). Ray Davis a partagé le prix Nobel 2002 avec Masatoshi Koshiba et Riccardo Giacconi, les deux premiers pour les neutrinos en provenance de l'espace et le troisième pour ses travaux sur l'astronomie avec les rayons X.

Dominique

Ce neutrino a décidément de curieuses propriétés.

Sa masse qui ne le rend pas supraluminique.

C'est pertinent, pas du tout ?

Pour "l'Oscillation des Neutrinos ", est on là dans le domaine de la physique quantique ?

Ce neutrino a décidément de curieuses propriétés.

 

Sa masse qui ne le rend pas supraluminique.

 

C'est pertinent, pas du tout ?

 

Pour "l'Oscillation des Neutrinos ", est on là dans le domaine de la physique quantique ?

Oui tout à fait, le mécanisme d'oscillation des neutrinos est un phénomène purement quantique puisqu'il implique un mélange d'états : les états propres de masse sont différents des états propres d'interaction et les deux sont reliés par une matrice de mélange.

Le fait que les neutrinos oscillent implique qu'ils possèdent une masse et donc qu'ils se propagent à une vitesse inférieure à celle de la lumière (dans le cadre actuel de la physique).

Qu'ils aient une masse où qu'ils n'en aient pas, des neutrinos supraluminiques auraient mis à bas une bonne partie de la physique, mais on le sait, ce fut un avatar peu glorieux de la science expérimentale.

Dominique

amusant et finalement très sage

et surtout inutile

(ne cliquez pas, y'a plus rien à voir )

Même avec une masse infime cela doit maintenant représenter une part non négligeable de la masse de l'univers étant donné que l'univers est composé en partie de neutrinos ?

et surtout inutile

 

(ne cliquez pas, y'a plus rien à voir )

ça se mord même la queue !

Même avec une masse infime cela doit maintenant représenter une part non négligeable de la masse de l'univers étant donné que l'univers est composé en partie de neutrinos ?

En effet, les neutrinos sont les particules les plus abondantes dans l'univers après les photons. Il y en a environ 340 par cm³. Malgré tout, cela ne suffit pas à "fermer" gravitationnellement l'univers. Les mesures cosmologiques, notamment le satellite Planck donnent des informations indirectes sur les neutrinos. Sans connaitre leur masse individuelle, on sait que la somme des masses des 3 espèces de neutrinos doit être plus petite que 0.23 eV (pour comparaison un électron possède une masse de 511 000 eV).

Les oscillations de neutrinos sont sensibles à la différence des masses au carré des neutrinos, elles ne permettent donc pas d'avoir une mesure directe de la masse de chacun d'eux.

Enfin, l'existence d'autres types de neutrinos dits "stériles" est possible, ceux-ci pourraient même avoir une masse relativement importante et donc avoir un rôle important en cosmologie, mais on les a pas (encore) découverts.

Dominique

Oui tout à fait, le mécanisme d'oscillation des neutrinos est un phénomène purement quantique puisqu'il implique un mélange d'états : les états propres de masse sont différents des états propres d'interaction et les deux sont reliés par une matrice de mélange.

 

Le fait que les neutrinos oscillent implique qu'ils possèdent une masse et donc qu'ils se propagent à une vitesse inférieure à celle de la lumière (dans le cadre actuel de la physique).

 

Qu'ils aient une masse où qu'ils n'en aient pas, des neutrinos supraluminiques auraient mis à bas une bonne partie de la physique, mais on le sait, ce fut un avatar peu glorieux de la science expérimentale.

 

Dominique

Merci pour ta réponse Dominique.

Je serais tenté de répondre:

- Okay...

- Non mais c'est dingue...

Ce qui me sidère c'est le déplacement de l'objet en superposition d'état dans un déplacement classique.Si c'est bien ça il y'a de quoi encaisser, pour l'objet comme pour l'imagination.

Merci pour ta réponse Dominique.

 

Je serais tenté de répondre:

- Okay...

- Non mais c'est dingue...

 

Ce qui me sidère c'est le déplacement de l'objet en superposition d'état dans un déplacement classique.Si c'est bien ça il y'a de quoi encaisser, pour l'objet comme pour l'imagination.

En effet, c'est dingue ! D'autant plus que la distance d'oscillation est macroscopique. La probabilité de changement d'état (d'une saveur de neutrino vers une autre) dépend du rapport entre la distance parcourue et l'énergie du neutrino.

Par exemple sur le graphique suivant on a la probabilité pour qu'un neutrino atmosphérique (issu de l'interaction d'un rayon cosmique avec l'atmosphère) de 1 GeV d'énergie se retrouve dans le même état après avoir parcouru une certaine distance. On voit qu'après ~250 km le neutrino a une probabilité proche de 0 d'être encore dans l'état de départ. Autrement dit si on a place un détecteur à 250 km de la source on verra que quasiment tous les neutrinos de cette espèce et de cette énergie ont changé d'état.

Étonnant, non ?

Dominique

En effet, c'est dingue ! D'autant plus que la distance d'oscillation est macroscopique. La probabilité de changement d'état (d'une saveur de neutrino vers une autre) dépend du rapport entre la distance parcourue et l'énergie du neutrino.

 

Par exemple sur le graphique suivant on a la probabilité pour qu'un neutrino atmosphérique (issu de l'interaction d'un rayon cosmique avec l'atmosphère) de 1 GeV d'énergie se retrouve dans le même état après avoir parcouru une certaine distance. On voit qu'après ~250 km le neutrino a une probabilité proche de 0 d'être encore dans l'état de départ. Autrement dit si on a place un détecteur à 250 km de la source on verra que quasiment tous les neutrinos de cette espèce et de cette énergie ont changé d'état.

 

 

Étonnant, non ?

 

Dominique

J’aurai tendance à penser que ce n’est pas étonnant de saisir de façon très parcimonieuse un neutrino quel que soit le niveau du détecteur, vu la qualité de caméléon, le dit neutrino.

Un coup il est là, il y’est plus, il a changé de saveur …

Tout ça ne laisse pas neutre.

Étonnant, non ?

Oui en ref à ce que j’ai dit avant.

C’est incroyable de choper une telle chimère…

En effet, les neutrinos sont les particules les plus abondantes dans l'univers après les photons. Il y en a environ 340 par cm³.

 

 

Enfin, l'existence d'autres types de neutrinos dits "stériles" est possible, ceux-ci pourraient même avoir une masse relativement importante et donc avoir un rôle important en cosmologie, mais on les a pas (encore) découverts.

 

Dominique

Déterminer le rôle important en cosmologie,avec des neutrinos aussi abondants et pour certains qui changent d'état.

Ce changement d'état de la particule doit compliquer la prévision sur l'effet produit sur l’environnement (cosmologie) ?

L'existence de neutrinos stériles, c'est à dire qui n'interagissent pas du tout avec la matière, est suggérée par les résultats des expériences LSND et Miniboone. Celles-ci observent des anomalies dans leurs résultats sur les oscillations, qui pourraient être expliquées par une contribution supplémentaire venant de neutrinos stériles. Les résultats sont pour le moment non concluants et d'autres expériences sont en train de se mettre en place pour essayer de tirer l'affaire au clair.

Un argument fort en faveur de l'existence de neutrinos stériles est que les neutrinos classiques n'existent que dans un seul état d'hélicité (projection du spin sur l'axe de l'impulsion), ce qui est très étrange car tous les autres fermions de spin 1/2 existent dans deux états d'hélicité; le gauche et le droit. Il se pourrait donc qu'il existe des neutrinos d'hélicité droite n’interagissant pas via les forces électromagnétique, faible et forte.

Ces particules fantomatiques pourraient aussi être la clé (via un mécanisme assez compliqué) pour expliquer l'asymétrie entre la matière et l'anti-matière dans l'univers.

Les neutrinos stériles étant massifs sont soumis à la force de gravité, et c'est à ce titre qu'ils pourraient avoir un rôle important au niveau cosmologique.

Dominique

Ces particules fantomatiques pourraient aussi être la clé (via un mécanisme assez compliqué) pour expliquer l'asymétrie entre la matière et l'anti-matière dans l'univers.

 

Les neutrinos stériles étant massif sont soumis à la force de gravité, et c'est à ce titre qu'il pourraient avoir un rôle important au niveau cosmologique.

Très intéressant.

L'existence de neutrinos stériles, c'est à dire qui n'interagissent pas du tout avec la matière, est suggérée par les résultats des expériences LSND et Miniboone. Celles-ci observent des anomalies dans leurs résultats sur les oscillations, qui pourraient être expliquées par une contribution supplémentaire venant de neutrinos stériles. Les résultats sont pour le moment non concluants et d'autres expériences sont en train de se mettre en place pour essayer de tirer l'affaire au clair.

 

Ces particules fantomatiques pourraient aussi être la clé (via un mécanisme assez compliqué) pour expliquer l'asymétrie entre la matière et l'anti-matière dans l'univers.

 

Les neutrinos stériles étant massif sont soumis à la force de gravité, et c'est à ce titre qu'il pourraient avoir un rôle important au niveau cosmologique.

 

Dominique

Bonsoir,

Une fois de plus la matière joue ...

A supposer que je trouve dans mon jardin un escargot (Petit-gris) senestre, 1 /20 000 parait-il, je le nommerais NeutrinoS.

Si on ajoute un fantôme à un autre fantôme et ainsi de suite, on finira par un tas de fantômes. Dans la balance, 1 000 fantômes ne pèsent pas lourds si on n’en découvre pas un seul.

Un argument fort en faveur de l'existence de neutrinos stériles est que les neutrinos classiques n'existent que dans un seul état d'hélicité (projection du spin sur l'axe de l'impulsion), ce qui est très étrange car tous les autres fermions de spin 1/2 existent dans deux états d'hélicité; le gauche et le droit. Il se pourrait donc qu'il existe des neutrinos d'hélicité droite n’interagissant pas via les forces électromagnétiques, faibles et fortes.

Pour être sérieux.

Faut-il imaginer dans une simulation, la mixtion de neutrinos de différentes propriétés, avec un ingrédient supplémentaire (le neutrino stérile) pour rendre la recette valable?

Bonsoir,

 

Faut-il imaginer dans une simulation, la mixtion de neutrinos de différentes propriétés, avec un ingrédient supplémentaire (le neutrino stérile) pour rendre la recette valable?

Oui c'est exactement cela, on rajoute un (ou plusieurs) neutrino(s) stérile(s) qui se mélange(nt) avec les neutrinos classiques. Du point de vue des équations ce n'est pas très compliqué, c'est juste une composante supplémentaire dans une matrice (matrice de mélange).

Mais tout ceci n'a de sens que si on arrive à le mettre en évidence expérimentalement. Si c'est le cas, je garantis qu'on en entendra parler, car cela ouvrira des tas de perspectives. En attendant il faut garder un œil sur le projet MicroBooNE http://www-microboone.fnal.gov/ à Fermilab

Dominique

 

Si c'est le cas, je garantis qu'on en entendra parler, car cela ouvrira des tas de perspectives. En attendant il faut garder un œil sur le projet MicroBooNE http://www-microboone.fnal.gov/ à Fermilab

 

Dominique

J'ai été jeter un œil sur le expériences LSND et Miniboone .

Merci pour le dernier lien.