Les neutrinos qui traversent le noyau terrestre ne montrent pas de stérilité
En physique, des allusions séduisantes à l'existence de neutrinos stériles (inertes) apparaissent périodiquement - le quatrième type théorique de neutrino, qui diffère des trois autres prédits par le modèle standard. Les chercheurs tentent de le trouver en utilisant l'observatoire de neutrinos IceCube (Ice Cube). Il s'agit d'un puissant détecteur de neutrinos de l'Antarctique, capable de reconnaître les neutrinos provenant de l'espace extra-atmosphérique . Pourrait-il arriver que nous découvrions cette particule et nous précipitions dans une nouvelle ère passionnante de la physique?Non. Les recherches sur IceCube n'ont abouti à rien, à en juger par les résultats publiés début août 2016. L'absence de détections ne signifie pas que les neutrinos stériles n'existent pas, mais leur impose les restrictions les plus strictes, réduisant considérablement la gamme des énergies possibles et déterminant la direction des recherches futures.Si des neutrinos stériles étaient trouvés, ils expliqueraient les anomalies dans les anciennes études, découvriraient une nouvelle physique en dehors du modèle standard et fourniraient des indices sur des mystères comme la nature de la matière noire et le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'univers. «Si vous ajoutez un quatrième neutrino, tout change», explique Francis Halzen, chef de projet et co-auteur d'IceCube.Présence fantôme
Pour ressentir la nature des neutrinos, il suffit d'imaginer que pendant le temps que vous lisez cette phrase, au moins 100 billions de neutrinos ont traversé votre corps. Ils traversent la matière solide sans résistance, car ils n'interagissent pas par les forces électromagnétiques. Les forces électromagnétiques, entre autres, relient les atomes de votre corps et vous empêchent de tomber à travers le sol.L'une des raisons de la possibilité de détecter les neutrinos est qu'ils sont soumis à de faibles interactions nucléaires. De telles interactions se produisent très rarement: un neutrino entre en collision avec un atome lorsqu'il traverse la matière, ce qui entraîne un flash. Cela est également observé par les détecteurs de neutrinos modernes, y compris IceCube.Les neutrinos stériles seraient encore plus fantomatiques que les neutrinos ordinaires, car ils ne subissent même pas d'interaction faible, il est donc impossible de les détecter de cette manière. Ils ont une masse, donc ils interagissent par gravité, mais un détecteur ne peut pas être construit sur ce principe. Les neutrinos stériles peuvent traverser votre corps en ce moment, mais il n'y a aucun moyen de le savoir. Au moins directement.Qui appeler pour obtenir de l'aide
Cela ne signifie pas que nous sommes voués à l'ignorance éternelle. Les neutrinos oscillent constamment et changent leurs «arômes» - ils basculent entre les états des neutrinos électroniques, des neutrinos muons et des neutrinos tau. Les neutrinos stériles peuvent se transformer en neutrinos ordinaires, ce qui permet de détecter leur présence.Les neutrinos qui traversent la matière très dense, comme le noyau terrestre, interagissent assez souvent avec la matière. Pour cette raison, leur modèle d'oscillation change et ils entrent en résonance, ce qui augmente les chances de leur transformation en neutrinos stériles.Les chercheurs recherchent donc des neutrinos venant sous un angle indiquant leur passage à travers le cœur de la terre et pénétrant davantage dans le détecteur. Ces neutrinos apparaissent dans l'atmosphère au-dessus de l'hémisphère nord en raison du rayonnement cosmique, puis traversent la planète et tombent dans le IceCube."Les oscillations mélangent les quatre saveurs qui ont des neutrinos stériles et toutes les autres saveurs, donc si vous jouez avec l'une d'entre elles, cela affectera tout le monde", explique Halzen.Les neutrinos devenus stériles finiront par disparaître - ils n'apparaîtront pas sur le détecteur. Si plusieurs neutrinos passant par le noyau se transforment en neutrinos stériles, il y aura alors une baisse de l'énergie des neutrinos muons entrants, juste à l'endroit correspondant à la masse des neutrinos stériles.Heureusement, cette énergie - de l'ordre de 1 TeV - tombe facilement dans la sensibilité IceCube, couvrant des énergies de 10 GeV à 10 PeV. Si des neutrinos stériles existaient dans cet espace énergétique, IceCube les aurait détectés.La recherche porte sur des données obtenues sur deux ans, au cours desquelles les neutrinos se déplaçant dans la bonne direction sont capturés toutes les six minutes. Les données ont été analysées par deux groupes indépendants qui sont arrivés à la même conclusion: aucune baisse d'énergie n'a été détectée dans les neutrinos à muons, ce qui indiquerait la présence de neutrinos stériles.Énigmes et opportunités
Au début, on pensait que les neutrinos n'avaient pas de masse et se déplaçaient à la vitesse de la lumière. Ceci est prédit par le modèle standard. Mais après 30 ans d'incertitude, des oscillations de neutrinos ont été découvertes. Pour les particules sans masse, elles seraient impossibles, elles ont donc une masse.«Jusqu'à présent, c'est le seul signe que le modèle standard n'est pas complet», explique Halzen. - Il doit y avoir de la physique en dehors du modèle standard. Plus précisément, la nouvelle physique doit se cacher dans un neutrino et elle aidera à expliquer les plus grands mystères de notre temps. "Ces énigmes, en particulier, l'existence de la matière noire et le déséquilibre entre la matière et l'antimatière dans l'Univers, font partie de la motivation des physiciens engagés dans des recherches en dehors du modèle standard. Bien que le modèle standard soit étonnamment réussi, il n'a pas été en mesure de couvrir de grandes parties de l'Univers. «Les neutrinos stériles pourraient être un moyen de comprendre ces tâches», explique Halzen.Le Grand collisionneur de hadrons est également utilisé pour trouver des chemins en dehors du modèle standard, et il n'a également pas pu détecter récemment les traces d'une nouvelle particule qui semblait si prometteuse l'année dernière . «Les experts en neutrinos et en LHC attaquent simultanément le modèle standard à la recherche de nouvelles branches de la physique», explique Halzen.La voie à suivre
L'incapacité à détecter les neutrinos stériles n'annule pas leur existence, mais chaque fois que la recherche ne les trouve pas, la foi en leur existence diminue. «Les gens voient partout des indices de l'existence de neutrinos stériles, comme des indices qu'Elvis est vivant», explique Halzen. "Il existe un ensemble d'indices et les théoriciens sont confiants en leur existence."Grâce à ces récompenses précieuses, les chercheurs ne sont pas encore prêts à abandonner. «En l'absence de découvertes, nous continuons de toute façon à chercher et, bien sûr, IceCube étudie les neutrinos à une large gamme dynamique, et nous continuerons à étudier tous ces neutrinos à toutes les énergies dans l'espoir que quelque part le modèle standard donnera du mou, et nous commencerons à trouver de nouvelles physiques» - dit Haltsen dans la vidéo.De plus, les chercheurs ont montré que IceCube peut être utilisé pour une gamme de travaux qui vont au-delà de la simple recherche de neutrinos spatiaux.«Ce résultat souligne la polyvalence de l'observatoire des neutrinos», explique Olga Botner, porte-parole de la collaboration IceCube et autre auteur collaborateur. "Ce n'est pas seulement un instrument pour étudier l'Univers intense, mais aussi l'occasion d'étudier les propriétés des neutrinos eux-mêmes."Source: https://habr.com/ru/post/fr396889/
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