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Physique nucléaire

 

Débutants

Général

PARTICULES

 

Glossaire

Atome

Glossaire

Neutrino

 

 

INDEX

Particules

 

Introduction

Électrons

Nucléons

Nomenclature

Neutrinos

Quarks

Caractéristiques

Unification

Forces

Masse

 

Sommaire de cette page

>>> Carte d'identité du neutrino

>>> Quantité de neutrinos

>>> Neutrino et sa masse

>>> Détecteur Antares

>>> Réaction solaire

>>> Historique

 

 

 

 

 

 

NEUTRINOS

 

Trois types (saveurs):

Neutrino électronique,

Neutrino du muon,

Neutrino du tau.

 

Particules difficiles à observer.

     Physiciens à propos du neutrino:

*      Particules fantômes, sans masse ou presque. >>>

*      C'est ce qui se rapproche le plus de "rien".

*      Elles traversent la Terre à la vitesse de la lumière sans subir la moindre interaction.

*      Cela me rappelle l'homme qui voyant une girafe pour la première fois, murmure: "Mais, c'est impossible".

*  Ce sont les particules les plus nombreuses de l'Univers.

*  Elles se forment dans les étoiles lorsque l'hydrogène se transforme en hélium.

*  Elles ne réagissent pas avec la matière, ce qui rend leur détection difficile.

*  Plus de 1012 neutrinos traversent notre corps à chaque seconde!

 

 

Actualités (4-2014)

La masse du neutrino est très certainement inférieure à 1 eV.

R. Battye et A. Moss estiment que la somme des masses des trois neutrinos connus n'excède pas 0,32eV. Ils font l'hypothèse d'un quatrième type de neutrinos plus massif pour expliquer la distribution des galaxies.

Cette distribution n'est pas en accord avec l'observation du fond diffus cosmologique par le satellite Planck . Les grandes structures devraient être deux fois plus nombreuses.

 

 

Actualités (6-2012)

Finalement le neutrino n'a jamais voyagé plus vite que le photon comme annoncé en septembre 2003. Un scoop qui défiait la théorie de la relativité et qui s'est enfuit aussi vite qu'arrivé suite à la découverte d'un problème d'induction dans un câblage. >>>

 

 

 

CARTE D'IDENTITÉ

Types

 

*       Trois types de neutrinos, un par famille:

 

Suite du tableau

 

 

Caractéristiques générales

*       Particules élémentaires.

Innombrables et insaisissables.

Venues du fond de l'espace.

Traversent la matière.

Se propagent en ligne droite.

 

Origine

*       Double possibilité pour expliquer leur provenance:

*    d'astres non lumineux:

*        Trous noirs situés au centre des galaxies.

*        Microquasars: étoiles doubles dont l'une est un trou noir.

*        Restes d'explosion d'étoiles en supernovae.

*      de la matière noire, substance invisible représentant 85% de celle de l'Univers.

 

Observation

*       Observation impossible directement.

*       Si le neutrino entre en collision avec un atome de matière il produit une autre particule le muon, cousin de l'électron (207 fois plus massif) qui, lui, peut laisser une trace lumineuse lors d'un parcours dans l'eau.

*       C'est le principe d'Antares. Le phénomène de collision est extrêmement rare ce qui explique la taille d'Antares.

 

Piscine de détection

*       Exemple le Super-Kamiokande à 250 km de Tokyo.

*        Cylindre de 40 m de diamètre et 40 m de haut;

*        50 000 tonnes d'eau (50 000 m3);

*          1 000 m sous terre;

*        11 000 détecteurs.

*       Effet (ou rayonnement ou lumière) Vavilov-Tcherenkov (Cherenkov à l'anglaise ou erenkov en local): éclair bleuté qui signe la présence d'un neutrino frappé par un atome d'eau. Le flash indique l'identité du neutrino et la distance parcourue.

*       De l'ordre de 5 000 tels détections en 2 ans.

*       Accès direct (1km) ou traversée de la Terre (10 000 km)

*        Neutrinos électroniques: en quantité comparable;

*        Neutrinos muoniques: plus nombreux en arrivant directement que ceux qui avaient traversé la Terre entière. Conclusion des chercheurs: parmi ces derniers certains se sont transformés en neutrinos tauiques.

Voir Prix Nobel 2015

Historique

*       En juillet 2000, le neutrino du Tau est la dernière des 12 particules élémentaires à être découverte.

 

 

 

 

Masse

 

Neutrino électronique:   <     2,5   eV.c-2

Neutrino du muon:         < 170    keV.c-2

Neutrino du tau:             <   18    MeV.c-2

Voir Électronvolt

*    Par leurs masses, les neutrinos, présents en quantité astronomique, pèsent autant que toutes les étoiles visibles et pourraient contribuer à la masse manquante de l'Univers, la matière noire.

 

Caractéristiques du Neutrino électronique

*    Stable

*    Spin 1/2

*    Charge 0

*    Nombre leptonique 1

*    Nombre baryonique 0

*    Rayon nul

*    Force électromagnétique nulle

*    Interaction forte nulle

*    Vitesse »  de la lumière  (V » c)

*    Non - symétrie chirale: neutrino: gaucher; et antineutrino: droitier

 

Interactions

*    Probabilité d'interaction du neutrino avec la matière: 10-45

*    Le neutrino est une particule insaisissable.

*    Il peut traverser la matière sans problème.

*    Des milliards de neutrinos traversent notre corps à chaque seconde.

*    La Terre et même le Soleil sont aussi transparents aux neutrinos.

*    Pour avoir une chance sur deux de perturber le neutrino, il faudrait une plaque de plomb dont l'épaisseur irait jusqu'à l'étoile la plus proche.

Selon Alfred Vidal-Madjar

 

*    Au cours de leur propagation, les neutrinos changent d'identité et oscillent entre les trois saveurs: électronique, muonique et tauique.

 

Phénomène observé en 1998 puis en 2001 par Takaaki Kajita (université de Tokyo) et, indépendamment, par Arthur McDonald (Queen's University – Canada) – Tous deux prix Nobel 2015. Ce qui implique que le neutrino a une masse non nulle. Ce que ne prévoyait pas le modèle standard.

Voir Description de l'expérience

 

 

Quantité de neutrinos

 

Chaque seconde, des milliards de neutrinos, provenant la plupart du Soleil, traversent la Terre.

 

*    Un réacteur de 1000 MW émet 1021 neutrinos par seconde.

*    Le corps humain

*      contient environ 20 millions de neutrinos;

*      émet quelques milliers du fait de sa radioactivité naturelle;

*      est traversé par 65 milliards de neutrinos par cm2 et par seconde venus du Soleil.

*    La densité des neutrinos dans l'Univers est estimée à 110 par cm3 pour chaque saveur de neutrino, soit 330 pour les trois.

*    Pour comparaison dans un m3 d'Univers, issus du bigbang:

*      Neutrinos:     300 millions

*      Photons:        300 millions

*      Proton:                      0,5
En quantité, la matière ne représente pas grand-chose !
 

 

 

Neutrino et sa masse

 

Découverte de la masse

 

*       Pontecorvo a découvert que si un neutrino a une masse, il donnera lieu à une oscillation: c'est-à-dire le passage d'un neutrino d'un type à un autre.

 

*       Supposons une balle rouge d'un côté et jaune de l'autre. Lancée, elle tourne et sa couleur est un mélange de rouge et de jaune. Si elle est partie jaune et qu'elle arrive rouge, c'est qu'elle a tourné, qu'elle a oscillé.

 

*       Pour détecter ces oscillations, pas facile! Les Américains et les Japonais ont construit une énorme cuve remplie d'eau de 42 mètres de haut, enfouie à 1000 mètres sous terre, tapissée de 11 200 détecteurs hypersensibles.

 

*       Les neutrinos chassés sont ceux de la haute atmosphère qui traversent la Terre comme dans du beurre. Il s'agit de détecter leur collision avec les atomes dans la cuve d'eau. On les compte. S'il en manque par rapport aux prévisions, c'est qu'ils se sont transformés en un autre neutrino, c'est qu'ils ont oscillé et donc qu'ils ont une masse.

 

 

 

 

 

Détecteur AntaresAstronomy with Neutrino Telescope and Abyss environmental Research

 

*       Antares é été inauguré en novembre 2003.

*      Il coûte 15 millions d'euros.

*      Coopération européenne: France, Allemagne, Pays-Bas, Italie, Espagne, Royaume-Uni, Russie).

*      Le premier tel instrument en Europe.

*       Antares est un" télescope" à neutrinos.

*      Il s'agit de détecter et de mesurer la direction source des neutrinos.

*      Repérons d'où viennent les neutrinos, on saura où se nichent les Wimps dit un scientifique (John Carr).

*      Les Wimps (Weekly Interacting Massive Particules) pourraient expliquer l'énigme de la Masse manquante.

*       Antares est installé

*      à proximité de l'île de Porquerolles (Var).

*      par 2400 mètres d'immersion et sur 10 hectares.

*      comportant 12 lignes de 400 m.

*      chacune avec 75 capteurs de lumière (total 900 capteurs).

*      de manière à localiser la source d'émission.

*       Antares est un réseau de photo-capteurs ultrasensibles.

*      localisé dans le noir absolu.

*      Il observe la trace laissée par la collision d'un neutrino avec un atome.

*      Il y conversion du neutrino en muon.

*      Celui-ci porte une charge électrique et laisse un sillage de lumière bleue (rayonnement Vavilov-Tcherenkov).

*       Cet éclair fugace est détecté et envoyé par fibres optiques à un calculateur puissant capable de reconstituer la trajectoire du neutrino avec 0,3 degré de marge d'erreur.

 

 

Réaction solaire

 

4p    He4 + 2 e+ + 2 n e + 26 MeV

4 protons réagissent pour donner

de l'hélium, des électrons, des neutrinos

 et de l'énergie.

 

*       Éclairement énergétique de la Terre par le Soleil : 1360 W / m²

 

*       Flux de neutrinos attendu sur la Terre

 

(2 x 1360) / (26 106 x 1,60 10-19 x 104 )

= 65 109 neutrinos / cm² / s

 

 

 

 

HISTORIQUE

 

*       Baptisé par Fermi : neutrino = petit neutre

 

*       En 1930, Wolgang Pauli (prix Nobel en 1945) aurait préféré mourir plutôt que d'annoncer l'existence du neutrino. Il l'admit à contrecœur, comme moindre mal, comme obligatoire pour respecter le principe de la conservation de l'énergie dans les équations de la désintégration du neutron.

 

*       Existence prouvée dans les années 50: Frederick Reines (prix Nobel 1995).

 

*       En 1957, Chien Shiung Wu: les neutrinos n'existent que dans un seul état de rotation interne, à l'inverse de toutes les autres particules leur masse doit donc être nulle.

 

*       La masse des neutrinos est pratiquement nulle. Le neutrino électronique a une masse au moins 30 mille fois plus faible que celle de l'électron. Masse déduite de mesures trouvée en 1998:

0,03 à 0,11 eV, soit 10-37 kg.


La découverte que le neutrino avait une masse a valu le Nobel à Raymond Davis, Masatoshi Koshiba et Riccardo Giacconi en 2002.

 

*       Ou encore: il en faut 10 millions pour obtenir la masse de l'électron.

 

*       En 1969, Raymond Davis constate que 30% des neutrinos manquent dans le flux en provenance du Soleil. Il a aussi construit un réservoir de 600 tonnes de liquide dans une mine: en trente ans, il a capturé 2000 neutrinos solaires.

 

*       Masatoshi Koshiba en 1987 détecte une averse de neutrinos issus de l'explosion d'une supernova.

*       En 1998, des physiciens japonais démontrent l'oscillation des neutrinos, ce qui implique qu'ils ont une masse.

*       En 2011, des physiciens mesurent des neutrinos plus rapides que la lumière avant de se rétracter six mois plus tard au motif d'une erreur expérimentale.

 

 

 

 

 

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