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Neutrinos transluminiques : Icarus donnerait raison à Einstein

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Icarus est un détecteur de neutrinos enfoui, tout comme Opera, sous le Gran Sasso en Italie. D'octobre à novembre 2011, il a servi à mesurer le temps de vol de neutrinos supposés capables de dépasser la vitesse de la lumière. Peu de ces neutrinos ont été détectés mais les mesures sont en plein accord avec la théorie de la relativité restreinte d'Albert Einstein.

Une vue du détecteur Icarus dans sa caverne du Gran Sasso. © INFN (National Institute for Nuclear Physics)

La théorie de la relativité restreinte est plus que centenaire. S'il n'y a plus guère de doute que l'espace-temps est désormais un acquis définitif de la connaissance humaine, au même titre que l'héliocentrisme des Bâtisseurs du Ciel qu'étaient Copernic et Kepler, le dernier mot est loin d'être dit à son sujet. Il semble probable que l'espace-temps ne soit pas fondamental mais qu'espace et temps émergent, comme le pensait Leibnitz, de relations entre les phénomènes. Il se pourrait que l'on soit un jour contraint par les expériences de lui ajouter des dimensions spatiales supplémentaires. Les équations d'Einstein elles-mêmes sont probablement aussi des formes limites d'équations plus générales, donnant la clé pour comprendre matière noire et énergie noire.

Toujours est-il que l'interdit des lois de la physique découvert par Albert Einstein, réduisant à néant les espoirs d'accélérer un vaisseau spatial pour le faire dépasser la vitesse de la lumière, pèse à beaucoup.

Il est vrai que les équations d'Einstein autorisent la formation de trous de ver dans l'univers. Ceux-ci sont peut-être tapis au cœur de certaines galaxies comme le découvrira, on l'espère, RadioAstron. Mais même si ces objets exotiques permettent en théorie de coloniser la Galaxie en quelques milliers d'années sans avoir à dépasser la vitesse de la lumière, la création de ces ponts, de ces raccourcis entre deux points de l'espace-temps, nécessiterait des énergies à tout jamais hors de portée de l'humanité, même si elle fabriquait une sphère de Dyson avec le Soleil.

Albert Einstein en train de verbaliser un physicien tentant de dépasser la vitesse de la lumière avec des neutrinos : « Vous savez pourquoi je vous ai arrêté ? » (Do you know why I pulled you over ?). © Photos : Reidar Hahn, Illustrations : Sandbox Studio

On comprend donc fort bien que l'annonce faite l'année dernière, concernant des faisceaux de neutrinos muoniques qui auraient voyagé plus vite que la lumière entre le Cern et un détecteur situé sous le Gran Sasso en Italie, ait donné un immense espoir à de nombreuses personnes.

Se pouvait-il que l'humanité ait enfin trouvé des indices lui permettant d'espérer véritablement sortir non plus de son berceau, selon la célèbre expression de Tsiolkovski, mais aussi de sa chambre d'enfant, c'est-à-dire le Système solaire ?

Le vol standard des neutrinos d'Icare

Rien n'était moins sûr ! Tant les nombreux tests portant sur la solidité de la relativité restreinte s'opposaient à l'idée que des neutrinos puissent être transluminiques. Les physiciens à l'origine de la découverte de l'anomalie du temps de vol des neutrinos, commençaient eux-mêmes à avoir des doutes sur leurs mesures effectuées avec le détecteur Opera.

Toujours très rigoureux quant à ce qu'il fallait penser de cette anomalie, les membres de la collaboration Opera avaient déjà fait un test pour éliminer un biais possible dans leurs expériences à l'aide de nouveaux faisceaux de neutrinos, de fin octobre à début novembre 2011. Peu de temps après, ils confirmaient l'observation d'une avance d'environ 60 nanosecondes pour des neutrinos, qui auraient donc voyagé plus vite que la lumière.

Les neutrinos semblent respecter la limitation de vitesse universelle. (L'image est celle d'un panneau accueillant les visiteurs à la Ferme des étoiles, dans le Gers.) © Jean-Claude Pignoux

On vient d'apprendre que les physiciens de la collaboration Icarus, qui utilisent un détecteur de neutrinos voisin d'Opera puisque situé aussi sous le Gran Sasso, ont profité des mêmes impulsions courtes de neutrinos muoniques produites au Cern pour vérifier les mesures d'Opera. Leurs résultats sont sur arxiv.

Le décalage temporel δt des neutrinos par rapport au temps de trajet de photons a été estimé être de : 

                δt = 0,3 ± 4,0 (erreur statistique) ± 9,0 (erreur systématique) nanoseconde(s)

Très clairement nul, et sous réserve qu'ils n'ont pas enregistré un grand nombre de neutrinos, ce résultat n'est pas conforme à l'idée qu'il existe dans la nature des neutrinos dépassant la vitesse de la lumière.

On peut donc légitimement penser que lorsqu'Opera effectuera de nouveau des mesures d'ici quelques mois, les physiciens découvriront probablement que les 60 nanosecondes étaient un artefact d'un mauvais calibrage de la chaîne de mesures...

C'est d'ailleurs ce que laisse entendre, avec toute la prudence nécessaire, Sergio Bertolucci dans une déclaration récente publiée ce vendredi sur le site du Cern

« L'expérience tend à montrer que le résultat d'Opera est un artefact de mesure, mais il est important d'être rigoureux, et les expériences du Gran Sasso, Borexino, Icarus, LVD et Opera feront de nouvelles mesures avec des faisceaux pulsés du Cern en mai, afin de nous donner un verdict définitif. En outre, des vérifications croisées sont en cours au Gran Sasso pour comparer des mesures de temps concernant les particules des rayons cosmiques entre les deux expériences, Opera et LVD. Quel que soit le résultat, les membres de la collaboration Opera se sont comportés avec une intégrité scientifique parfaite en donnant accès à un libre examen de leurs mesures et en appelant de leurs vœux des mesures indépendantes. C'est ainsi que la science avance. »

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