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Le phénomène d’oscillations des neutrinos

Dossier - Les oscillations de neutrinos
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Le neutrino a été postulé en 1930 pour résoudre un problème majeur en physique : la conservation d’énergie. Son existence expérimentale n’a été prouvée qu’un quart de siècle plus tard. Depuis le neutrino occupe la scène avec ses nombreuses énigmes, or la détection, et donc la vérification des prédictions, en est particulièrement ardue. Cela nécessite des détecteurs très massifs. L’ultime problème résolu est celui de la masse des neutrinos : ont-ils ou n’ont-ils pas de masse ? Voyons comment la réponse est arrivée.

  
DossiersLes oscillations de neutrinos
 

On connaît trois types différents de neutrinos (et seulement trois !). On les qualifie de : électronique, muonique et tauique. Ils diffèrent entre eux comme une pomme diffère d'une poire qui diffère d'une orange.

Des particules élémentaires changent d'identité. © Agsandrew, Fotolia
Cette figure montre des interactions de neutrinos respectivement électronique et muonique, clairement différenciés dans un détecteur précis utilisé au Cern et situé dans un faisceau de neutrinos produits à partir d'un accélérateur. © François Vannucci

Des particules élémentaires qui changent d'identité en permanence

Chaque type de neutrino aura donc sa propre masse. Or les particules élémentaires ne se comportent pas comme une pomme ou une poire. Ce sont des objets quantiques qui peuvent subir des transformations étranges et dans le cas des neutrinos, les types peuvent osciller entre eux c'est-à-dire se changer les uns dans les autres au cours du temps, comme si une pomme se transmuait en poire quand elle tombe de l'arbre.

Les différents types de neutrinos peuvent osciller entre eux. © François Vannucci

Ce phénomène est directement lié à la masse des neutrinos, et c'est grâce à son observation qu'on a pu estimer les masses en jeu. Ce phénomène a été démontré, en particulier, à partir de données accumulées par le détecteur japonais SuperKamiokande.