dimanche 25 décembre 2011

Ca sent le sapin pour les neutrinos supraluminiques...

On revient un instant sur l'annonce phare de 2011, avec un article venant de paraître dans le numéro du 24 décembre de Physical Review Letters, qui indique l'existence d'une forte incompatibilité avec une vitesse des neutrinos supérieure à la vitesse de la lumière.
Ramanath Cowsik et al. se sont penchés sur la réaction qui produit les fameux neutrinos de OPERA au CERN, à savoir la désintégration des pions en muons et neutrinos.

Pour mémo, les neutrinos sont produits au CERN par des interactions de protons accélérés sur une cible de carbone, les protons interagissent avec les neutrons et protons des noyaux d'atomes de carbone et produisent alors des mésons pi, appelés aussi pions. Ces pions étant naturellement instables, ils se désintègrent au bout de leur durée de vie en d'autres particules : des muons et des neutrinos. Les muons sont ensuite stoppés et il ne reste plus que les neutrinos, qui peuvent alors traverser tranquillement la croute terrestre pour arriver quelques millisecondes plus tard dans le labo souterrain du Gran Sasso en Italie.


Cowsik et ses collaborateurs ont calculé si la désintégration des pions produits pouvait produire de tels neutrinos supraluminiques en prenant en considération les lois les plus fondamentales de la physique qui sont la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement.

Et ce qu'ils ont trouvé, c'est que pour que des neutrinos supraluminiques puissent être créés à partir de la désintégration de pions, il faudrait que d'une part la durée de vie des pions soit plus grande et d'autre part que le neutrino emporte une part plus faible de l'énergie dans le système muon-neutrino.

Ces conclusions disent qu'il paraît très difficile, dans le paradigme de la physique actuelle, de produire des neutrinos supraluminiques par la réaction qui est celle du CERN pour l'expérience OPERA...

Et les auteurs indiquent également qu'il existe une contrepartie expérimentale à leur démonstration théorique. En effet, la même production de neutrinos est étudiée par l'expérience IceCube qui détecte les neutrinos atmosphériques produits par des désintégrations de pions, issus de gerbes de rayonnement cosmique dans l'atmosphère.

Or, IceCube ne détecte aucun neutrino supraluminique, alors que les pions à l'origine des neutrinos détectés dans la glace de l'Antarctique ont une énergie plusieurs milliers de fois plus grande que celle des pions du CERN, ce qui devrait exacerber le phénomène supraluminique, si il existait.... Les pions énergétiques observés par IceCube se désintègrent exactement comme prévu par la physique pour donner des neutrinos ayant une vitesse très proche de la vitesse de la lumière (mais inférieure!).

Il s'agit donc d'une nouvelle démonstration assez solide qui vient après celle de Glashow et Cohen s'appuyant elle sur l'expérience ICARUS.

J'ai comme idée que les neutrinos supraluminiques commencent à sentir un peu le sapin...

source : 
Cowsik et al.  
Superluminal Neutrinos at OPERA Confront Pion Decay Kinematics
Phys. Rev. Lett. 107, 251801 (2011)

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