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Le neutrino, héros du prix Nobel de Physique 2015

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Le japonais Takaaki Kajita et le canadien Arthur B. McDonald, reçoivent le prix Nobel de Physique 2015 pour avoir prouvé, à l’aide de gigantesques détecteurs enfouis sous terre, que le neutrino, la particule la plus répandue dans l’univers après le photon, a une masse. Un résultat qui a suffi à remettre en cause la théorie en vigueur de la matière.

Le détecteur du laboratoire Snolab au Canada - Crédits Snolab 

C’est un travail souterrain qui les conduit aujourd’hui sous les feux des projecteurs. Les deux lauréats du prix Nobel de Physique 2015, le japonais Takaaki Kajita et le canadien Arthur B. McDonald, sont récompensés pour des expérimentations menées, pour l’un,  dans une mine de zinc à 1000 mètres sous terre à 250 km de Tokyo, pour l’autre, dans une mine de nickel à 2 km de profondeur située dans l’Ontario.

Les deux physiciens et leurs équipes ont contribué séparément à démontrer que les neutrinos, des particules élémentaires qui traversent la terre par milliers de milliards à chaque seconde mais sont difficilement détectables, ont une masse. Une découverte fondamentale pour les théoriciens de la physique, car la théorie en vigueur sur les composants ultimes de la matière – le Modèle Standard- supposait que les neutrinos… n’avaient pas de masse.  Ce qui veut donc dire que le Modèle Standard a une faille...

Comme souvent quand il s’agit de produire ou détecter des particules élémentaires, les physiciens du neutrino travaillent avec des instruments gigantesques. Le laboratoire japonais, Super-Kamiokande, est une cuve de 40 mètres de côté remplie de 50 000 tonnes d’eau, dont les faces sont parsemées de 11 000 détecteurs de lumière. Le tout à 1000 mètres sous terre, afin d’être à l’abri du rayonnement cosmique qui polluerait la mesure.

De temps en temps, des neutrinos entrent en collision avec des atomes de l’eau, ce qui produit un flash détectable. Un phénomène plutôt rare : en deux ans, Super-Kamiokande a détecté 5000 neutrinos.  Une proportion infime, étant donné la quantité monstrueuse qui traverse la Terre à chaque seconde.

Au Canada, le laboratoire Snolab de Subdury, à 2 km sous terre,  travaille avec un cuve plus petite, mais qui contient de l’eau lourde (l’atome d’hydrogène de l’eau est remplacé par son isotope le deutérium).  Et il a capturé 3 neutrinos par jour pendant deux ans.


 

Un exploit, pour des particules dont on a longtemps douté qu’elles existent.

En effet, le neutrino a été "inventé" en 1930 par le physicien Pauli, pour expliquer un phénomène en radioactivité. Mais ce n’est qu’en 1956 que l’américain Frederick Reines en trouve enfin la trace dans son détecteur. Ce qui lui a valu le prix Nobel en 1995.

Takaaki Kajita, est né en 1959 au Japon. Il dirige l’Institute for Cosmic Ray Research, et est professeur à l’université de Tokyo.
Arthur B. McDonald, est né en 1943 au Canada. Il est professeur émérite à la Queen’s University (Kingston, Canada).

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