Pour la quatrième fois, le prix Nobel de physique récompense les recherches sur les neutrinos. Grâce à deux détecteurs géants au Japon et au Canada, ces particules insaisissables de l'univers ont révélé avoir une masse.
Quatrième Nobel pour les neutrinos
Les neutrinos traversent l'histoire de la physique des particules. Introduits théoriquement en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer la désintégration radioactive, ils ont été observés pour la première fois en 1956 par Frederick Reines, récompensé par le Nobel en 1995.
Dans les années 1950, les théoriciens ont prédit deux autres "saveurs" : le neutrino muonique et le neutrino tauonique. Le premier a été découvert en 1962 par Leon Lederman, Melvin Schwartz et Jack Steinberger, Nobel 1988.
Dans les années 1960, Raymond Davis Jr. a détecté des neutrinos solaires en remplissant un réservoir de perchloréthylène dans une mine d'or du Dakota du Sud, obtenant le Nobel en 2002 avec Masatoshi Koshiba et Riccardo Giacconi.
En 2015, Takaaki Kajita (Japon) et Arthur B. McDonald (Canada) reçoivent le Nobel pour avoir démontré que les neutrinos ont une masse, grâce aux détecteurs Super-Kamiokande et SNO.
Comportement fantomatique
Les neutrinos interagissent peu avec la matière, rendant leur détection ardue. Chaque seconde, des milliards nous traversent, mais une collision est rare. Un mur de plomb d'une année-lumière d'épaisseur n'arrêterait que la moitié d'entre eux.
L'imposant Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO).
Depuis les années 1960, des détecteurs souterrains massifs, remplis de liquides scintillateurs, capturent ces particules. Super-Kamiokande (Japon), SNO (Canada, dans une mine ontarienne) et IceCube (Antarctique, dans la glace) en sont des exemples emblématiques.
Le problème des neutrinos solaires
Dès les années 1960, un "déficit" de neutrinos solaires électroniques a été observé, contredisant les prédictions théoriques. L'hypothèse des oscillations, proposée en 1957 par Bruno Pontecorvo, expliquait ce phénomène : les neutrinos changent de saveur en voyageant.
Confirmation expérimentale
En 1998, l'équipe de Takaaki Kajita à Super-Kamiokande a observé des oscillations chez les neutrinos atmosphériques. En 2001, celle d'Arthur McDonald à SNO a confirmé le phénomène pour les neutrinos solaires.
Les neutrinos pourraient contribuer à la mystérieuse matière noire de l'univers.
Implications majeures
Les oscillations impliquent une masse infime pour les neutrinos, contredisant l'idée qu'ils étaient sans masse comme les photons. Cela ouvre des voies vers une physique au-delà du Modèle standard.
Dirk Ryckbosch, expert en neutrinos à l'Université de Gand, explique : "Le mécanisme de Higgs n'explique pas cette masse si faible. Un nouveau mécanisme est nécessaire."
Les lauréats ont dirigé des équipes ayant construit et exploité ces détecteurs cruciaux.
Ryckbosch participe à IceCube, qui a détecté des neutrinos cosmiques de haute énergie, et à des expériences comme celle au SCK•CEN de Mol pour chercher un neutrino stérile.
Les lauréats Takaaki Kajita et Arthur B. McDonald.
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