Lycée Léonard de Vinci - Amboise

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Neutrinos people

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Vendredi matin, 8h : j’arrive au laboratoire, le regard un peu embrumé… Ma collègue m’interpelle : « Tu as entendu la nouvelle ? » Objectivement, je réponds par la négative, mais je remets alors ce que les ondes martelaient ce matin : les neutrinos venaient d’être flashés en excès de vitesse.

La première idée qui me vient, c’est celle d’en savoir plus, quitte à contacter les forces de l’ordre à l’origine de ce flagrant délit. Les élèves m’interpellent à leur tour ; après m’avoir taxé de désinformation sur une histoire d’acariens et de microbes (voir nota) la semaine dernière, je me prends un magistral : « Monsieur, vous êtes un menteur » alors que nous venions de parler de la célérité de la lumière et de son caractère infranchissable pour les particules matérielles…

La journée commençait bien, vraiment bien.

 

Un peu d’histoire

En 1930, la communauté scientifique doit faire face à une difficulté majeure : la désintégration radioactive bêta, « bien » connue, ne semble pas satisfaire la conservation de l’énergie, ni celle de la quantité de mouvement ou encore celle, toute quantique, du spin. L’énorme Wolfgang Pauli, celui du principe d’exclusion fondateur en mécanique quantique, postule alors l’existence d’une particule de charge nulle qu’il baptise neutrino.

En 1956, Reines et Cowan découvrent expérimentalement l’existence de ce type de particules, que les années allaient faire apparaître sous trois familles légères (d’autres théories postulent l’existence de neutrinos massifs).

 

L’énigmatique masse des neurinos

La question de la masse des neutrinos est problématique : si elle peut être nulle dans le modèle standard minimaliste, l’existence du phénomène d’oscillation neutronique (les neutrinos peuvent se transformer en changeant de saveur, et passer d’une famille à l’autre) n’est aujourd’hui plus remis en cause, et est indissociable théoriquement de l’existence d’une masse pour ces particules.

La masse des neutrinos est probablement très faible, de sorte qu’elle n'a pu actuellement être mesurée directement. Les contraintes cosmologiques apportées par le satellite WMAP et les modèles cosmologiques actuels, combinées aux résultats des expériences d’oscillations, indiquent que le plus lourd aurait une masse inférieure à 0,23 eV/c2 (soit 3,7.10–20 kg).

 

Des particules sauvages

En revanche, les neutrinos interagissent extrêmement peu avec la matière ordinaire : sur 10 milliards de ces particules qui traverseraient la Terre, une seule pourrait interagir avec les atomes terrestres ! Les détecteurs de neutrinos contiennent donc typiquement des centaines de tonnes d’un matériau et sont construits de telle façon que quelques atomes par jour interagissent avec les neutrinos entrant. Dans une supernova qui s’effondre, la masse volumique dans le noyau devient suffisamment élevée (1014grammes/cm³) pour que les neutrinos produits puissent être retenus un bref moment. La majeure partie de l’énergie dégagée lors de l’effondrement d’une supernova est rayonnée au loin sous la forme de neutrinos produits quand les protons et les électrons se combinent dans le noyau pour former des neutrons. Ces effondrements de supernova produisent d’immenses quantités de neutrinos. La première preuve expérimentale de ceci fut fournie en 1987, quand des neutrinos provenant de la supernova 1987a ont été détectés par des expériences japonaise et américaine.

 

Aujourd’hui, en septembre 2011, Dario Auterio, le responsable de l'analyse de données inattendues et chercheur au CNRS, est donc venu livrer au monde des physiciens matière à perplexité et à débat.

David Larousserie, du Monde, explique.

 

Des neutrinos, des particules fondamentales très légères et furtives, partis du CERN, arrivent 60 milliardièmes de seconde plus tôt que prévu 730 kilomètres plus loin dans le laboratoire italien du Gran Sasso. Six mois de mesures et contre-mesures n'ont pas permis de trouver une explication.

"Lorsqu'une collaboration fait une observation aussi inattendue, sans pouvoir l'interpréter, l'éthique de la science demande que les résultats soient rendus publics auprès d'une plus large communauté, afin que ceux-ci soient examinés et pour encourager des expériences indépendantes", a précisé le directeur du CERN, Rolf Heuer. Un rappel important de ce qu'est la science en train de se faire : rigueur, partage des informations, ouverture aux critiques.

"Le scepticisme risque d'être majoritaire mais ce n'est pas pour préserver le consensus. Ce n'est pas du conservatisme. Je serai fou de joie si le résultat était confirmé, mais il est pour l'instant isolé", ajoute Jean-Marc Lévy-Leblond, professeur émérite de l'université de Nice. "C'est un scepticisme fécond. Il faut des confirmations et donc travailler à de meilleures analyses", ajoute Rob Plunkett, porte-parole de Minos, expérience américaine assez semblable à Opera. C'est d'ailleurs d'elle que pourraient venir les prochains pas. En 2007, cette équipe avait trouvé une anomalie du même genre mais qui pouvait très bien être due au hasard. Elle avait donc considéré qu'il n'y avait pas de violation des théories d'Einstein. "Nous allons reprendre nos analyses. Dans quelques mois, nous aurons des indications mais pas de preuve. Pour cela, il nous faudra améliorer notre système de mesure du temps, ce qui sera fait en 2013", prévient Rob Plunkett.

Une collaboration japonaise, T2K, envisage aussi de faire des tests sur ses neutrinos mais sur 300 kilomètres seulement, ce qui complique la vérification.

La prudence générale s'accompagne aussi du rappel de découvertes majeures sans lendemain. "Dans les années 1980, plusieurs équipes pensaient avoir trouvé un neutrino bien plus lourd que ce qui était prévu. Des dizaines d'articles théoriques ont été publiés pour expliquer leur origine. Finalement, il y avait une erreur dans les expériences", rappelle Thierry Stolarczyk, physicien du Commissariat à l'énergie atomique (CEA), sur une autre expérience neutrino, Antares. "Suivre des pistes qui peuvent se révéler infructueuses fait partie du jeu."

"C'est excitant, mais ce sentiment est tempéré à l'idée des conséquences sur des théories validées depuis longtemps", juge Rob Plunkett. C'est pour l'instant là que le bât blesse. La théorie d'Einstein a été de nombreuses fois testée avec succès, jusqu'à des précisions plus grandes que celles obtenues par Opera. De même, en 1987, lors d'une explosion d'étoile, les physiciens ont détecté l'arrivée de flux de neutrinos et de grains de lumière avec une grande précision : aucun n'a dépassé la limite autorisée.

"Les neutrinos sont des particules mal connues. Peut-être que quelque chose nous a échappé", estime Pierre Binetruy (CNRS), directeur du laboratoire Astroparticule et cosmologie. A défaut, il faut imaginer que les particules prennent des raccourcis dans l'espace-temps ou qu'un bouillonnement en son sein donne des coups d'accélérateur. Il est trop tôt pour savoir à quoi la réponse ressemblera. L'histoire du neutrino le démontre. Au début du XXe siècle, une anomalie dans une expérience avait conduit certains à envisager une violation du sacro-saint principe de conservation de l'énergie. Finalement, la réponse a été beaucoup plus simple : postuler l'existence d'une nouvelle particule indétectable, mais porteuse d'énergie. Et c'était justement le neutrino !

 

Tout cela permet de remettre en perspective l’effet d’annonce médiatique de la découverte et le besoin scientifique de vérification des mesures effectuées par ce groupe de chercheurs à la réputation très sérieuse.

La formulation des journaux est très racoleuse (« Einstein avait tort », « les physiciens au chômage technique »…) permet de générer la polémique et le débat, et c’est tout ce qu’attendent les scientifiques partie-prenante. Il reste au lecteur de ces articles à être suffisamment éclairé pour ne pas transformer un titre provocateur en « vérité fausse » au seul motif qu’il n’a pas d’arguments à proposer pour étayer ce que les unes journalistiques déclament. L’information est toujours à prendre avec des pincettes, à s’approprier après avoir été vérifiée et critiquée. Il y a du mépris à expliquer aux autres ce qu’ils doivent croire ou penser ; aidons-les plutôt à se forger leur pensée sur des bases solides, c’est-à-dire à être capables de comprendre, d’agir plutôt que de subir…

Les physiciens qui ont annoncé cette bombe médiatique ont eu la bonne idée : tout le monde entend parler de science – ce qui est rare – mais c’est son aspect people qui joue : chic, chic, Einstein s’est planté, et ces scientifiques rats de laboratoires sont bien embêtés… alors que la publication des résultats ne se fait qu’à dessein, celui de mettre toute la communauté sur la vérification et l’explication des résultats obtenus. Peut-être les théories einsteiniennes apporteront-elles le Graal, ou peut-être d’autres horizons devront-ils s’ouvrir pour envisager l’explication : quoi qu’il arrive, la science avance !

 

Communiqué CNRS sur l’expérience Opera : http://www.cnrs.fr/fr/pdf/neutrino.pdf

Interview de Thibault Damour : http://www.lepoint.fr/actu-science/ne-detronons-pas-trop-vite-einstein-23-09-2011-1376688_59.php

 

Nota : alors que nous travaillons sur la taille des objets qui nous entourent, je trouve une photo étrange dans un bouquin, sensé représenter un microbe. Je le propose aux élèves et là, quelques-uns réagissent : cette bestiole à l’air méchant, qui traduit bien l’image naïve que l’on peut se faire du microbe, c’est celle d’un acarien en microscopie électronique (cliché bien connu). Je m’en sers avec délectation pour illustrer la notion d’esprit critique dans les sciences, avec beaucoup de provocation : sachons prendre de la distance et, surtout, être capables d’argumenter, de penser par nous-mêmes dans un monde où l’image et les statistiques peuvent dire tout et son contraire…

 

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