Le prix Nobel 2015 de physique et UnivEarthS

Le prix Nobel de Physique 2015 a été attribué à Takaaki Kajita et Arthur B. McDonald “pour la découverte des oscillations des neutrinos, qui montre que les neutrinos ont une masse.”

Les neutrinos sont des particules élémentaires présentes partout en grandes quantités et qui ont joué un rôle important dans l’évolution de l’Univers. Ils sont très élusifs, mais les physiciens ont réussi à les piéger et à étudier leurs propriétés. Ils existent en trois familles, que nous appelons “saveurs”, et ils ont l’étrange propriété de se manifester parfois dans nos détecteurs avec une saveur différente de celle qu’ils avaient au moment de leur naissance.

C’est en 1998 que cette propriété étrange, aussi appelée oscillation, a été confirmée, quand Takaaki Kajita, directeur de l’Institut pour la recherche sur les rayons cosmiques, a découvert que les neutrinos de l’atmosphère « changeaient d’identités » sur leur chemin vers le détecteur Super-Kamiokande au Japon. Au même moment, le groupe de recherche mené par Arthur B. McDonald, professeur émérite à la Queen’s University au Canada, démontrait que les neutrinos en provenance du Soleil ne disparaissaient pas sur leur chemin vers la Terre ; ils avaient été capturés avec une identité différente en arrivant à l’Observatoire de neutrinos de Sudbury.

En 2015, c’est déjà la quatrième fois que des recherches sur les neutrinos sont distinguées par le comité Nobel. Selon le jury suédois, cette découverte « a changé notre compréhension des rouages les plus intimes de la matière et peut se révéler cruciale pour notre vision de l’univers. »

Les neutrinos sont désormais tellement bien connus que les équipes du LabEx UnivEarthS les utilisent pour étudier la structure interne de la Terre : les neutrinos produits dans le manteau et la croute terrestre nous renseignent sur les matériaux qui les composent, alors que les neutrinos produits dans l’atmosphère et qui ont traversé la Terre peuvent porter des informations sur la composition du cœur. Évidemment, il est indispensable pour ces études de bien connaître et prendre en compte les oscillations des neutrinos.

Quelques liens pour aller plus loin:

– le projet Interface “Géophysique” du Labex, qui a pour objectifs de développer des méthodes d’auscultation de la Terre utilisant des particules (neutrinos, muons)

– le détecteur Borexino  au Laboratoire National du Gran Sasso en Italie, qui a mesuré les neutrinos provenant de la Terre

– l’expérience DUNE, qui sera construite aux Etats Unis, pourra mesurer avec précision les neutrinos engendrés dans l’atmosphère par les rayons cosmiques :