Neutrino

Neutrinoer

Første observation af en neutrino i et boblekammer med brint i 1970: en neutrino (ikke vist) rammer en proton (som derefter bevæger sig langs den korteste linje over centrumsporet) og producerer en muon (ved oprindelsen af det lange centrale retlinede spor ) og en pion (ved sporets oprindelse lige under muon). Generelle egenskaber

Klassifikation	Leptoner
Sammensætning	Elementære

Fysiske egenskaber

Masse	ν e : <0,086 eV c -2 ν μ : <170 keV c −2 ν τ : <18 MeV c −2 summen af de tre <0,120 eV / c 2 (ved 95% tillid) Ved at betegne ν 1,2,3 massernes egenstater, Δ m2 12 ≈ 7,6 × 10 −5 eV 2 Δ m2 13 ≈ 2,4 × 10 −3 eV 2
Elektrisk opladning	0
Spin	½
Livstid	Stabil

Den neutrino er en elementær partikel af Standardmodel partikelfysik . Neutrinoer er fermioner af spin ½ , specifikt leptoner . De er elektrisk neutrale . Der er tre " smag " af det: elektronisk , muonic og tauic .

Eksistensen af neutrinoen blev først postuleret i 1930 af Wolfgang Pauli for at forklare det kontinuerlige spektrum af beta-henfald såvel som den tilsyneladende ikke-bevarelse af vinkelmoment , og dens første eksperimentelle bekræftelse går tilbage til 1956.

Fordi opdagelsen af disse partikler er nyere, og fordi de interagerer svagt med sagen, er der i begyndelsen af XXI E århundrede mange eksperimenter viet til at kende deres nøjagtige egenskaber.

Efternavn

Det maskuline navneord neutrino er lånt fra det italienske neutrino , afledt af adjektivet neutro ("neuter") med det lille suffiks -ino ("-in").

Historie

I 1930 stod fysikernes samfund over for en gåde: henfald $\ beta$ synes ikke at respektere lovene om bevarelse af energi , momentum og spin . For at opfylde disse principper postulerer Wolfgang Ernst Pauli eksistensen af en ny partikel, med nul elektrisk ladning, som han oprindeligt kalder neutron (for neutral partikel, hvor neutronen ikke er blevet opdaget), og hvis masse han estimerer mindst 100 gange lavere end protonen (brev af4. december 1930af Pauli til deltagerne i Tübingen-mødet). Det er den italienske fysiker Edoardo Amaldi, der giver den nye partikel navnet "neutrino" (på italiensk: lille neutron), sjov under en samtale med Enrico Fermi ved Institut for Fysik for Liv Panisperna i Rom, for at skelne fra neutronen , meget mere massiv, opdaget af James Chadwick i 1932. Fermi brugte ordet "neutrino" på Paris-konferencen i juli 1932 og derefter på Solvay-konferencen i 1933, hvor Wolfgang Pauli også vedtog det og introducerede det i det internationale videnskabelige samfund.

Neutrinoen (faktisk den elektroniske antineutrino , der ledsager dannelsen af en elektron [ved konservering af leptontallet ] under omdannelsen af en neutron til en proton ) blev opdaget eksperimentelt i 1956 af Frederick Reines og Clyde Cowan , nær en atomkraft reaktor . I $\ overline {\ nu_e}$ 1962, Leon M. Lederman (1922-2018), Melvin Schwartz (1932-2006) og Jack Steinberger fremhæver muon neutrino ( ) på Brookhaven . I $\ nu _ {\ mu}$ 1978, Martin L. Perl (1927-2014) forudsiger eksistensen af tau neutrino ( ). I 1990 demonstrerede LEP på CERN , at der kun er tre familier af lette neutrinoer (nogle teorier forudsiger eksistensen af andre neutrinoer med meget større masse). Endelig i $\ nu _ {\ tau}$ 2000, tau neutrino opdages med DONUT- eksperimentet .

I 1998 kom Super-Kamiokande-eksperimentet for første gang frem til fænomenet svingning af neutrinoer , hvilket fastslog, at neutrinoen har en masse, der ikke er nul - selvom den er ekstremt lav.

Fysiske egenskaber

Neutrinoer er elementære partikler, der tilhører leptoner ( fermioner af spin ½ ). Der er derfor tre varianter , en for hver familie af leptoner:

elektronneutrino eller neutrino-elektron , $\ nu_e$
muon neutrino eller neutrino- muon , $\ nu _ {\ mu}$
tau neutrino eller neutrino tau . $\ nu _ {\ tau}$

De er opkaldt efter det lepton, der er knyttet til dem i standardmodellen .

Neutrino har nul ladning. I 1958 oprettede Maurice Goldhaber , Lee Grodzins og Andrew Sunyar et eksperiment, der viser, at neutrinoens helicitet er negativ (spin peger i retning modsat bevægelsen).

Antineutrinos

Muoniske antineutrino-bjælker blev produceret ved Fermilab ved to eksperimenter:

Main Injector Neutrino Oscillation Search (MINOS), som består i at sende en stråle af antineutrinoer gennem Jorden til en detektor placeret i bunden af en mine (Sudan-minen i Minnesota). Deres 735 km lange rejse tager cirka 2,5 millisekunder, hvilket er nok for dem til at svinge og konvertere på en målbar måde. En overraskelse var at finde ud af, at antineutrinoer ikke ser ud til at opføre sig som neutrinoer, hvilket ikke svarer til teori ( CPT-symmetri ).
Booster Neutrino Experiment (BooNE).

Et af de største vedvarende spørgsmål om neutrinoen vedrører naturen, stadig ubestemt, af forholdet mellem neutrino og antineutrino:

hvis neutrino er en Dirac-partikel , ligesom de andre elementære fermioner af standardmodellen , er neutrino og dets antipartikel to forskellige partikler;
hvis neutrino er en Majorana-partikel , er neutrino og antineutrino den samme.

Denne natur har vigtige konsekvenser, for eksempel på niveauet for materiens antimateriale asymmetri i universet.

Antineutrinos siges at være antipartikler af neutrinoer, partikler med neutral elektrisk ladning produceret i beta- nukleart henfald . Disse udsendes under beta- emissioner , hvor en neutron omdannes til en proton. De har et spin på ½ og er en del af den såkaldte leptonfamilie af partikler .

Alle antineutrinoer, der hidtil er observeret, har positiv helicitet (i modsætning til neutrinoer). Antineutrinoer, som neutrinoer, interagerer kun med deres materielle miljø via tyngdekraft og svag kraft , hvilket gør deres eksperimentelle påvisning meget vanskelig. Eksperimenter med neutrino-svingning viser, at antineutrinoer har masse , men beta-henfaldseksperimenter antyder, at denne masse er meget lav. En neutrino-antineutrino-interaktion er blevet foreslået i forsøg på at teste en teori om, at fotoner er resultatet af en neutrino-antineutrino-interaktion.

I flere lande er forskere også begyndt at undersøge muligheden for at bruge antineutrino-overvågning til at vurdere arten af det brændstof, der findes i en atomreaktor, hvilket vil gøre det muligt at bidrage til bedre forebyggelse af nuklear spredning .

Antineutrinos blev først opdaget via deres interaktioner med protoner i et stort vandreservoir installeret nær en atomreaktor som en kontrollerbar kilde til antineutrinos.

Interaktionstværsnit

Neutrinoer har ikke en elektrisk ladning eller farve , de interagerer kun ved svag interaktion (selvom de a priori også er følsomme over for tyngdekraften , er dens effekt meget stort set ubetydelig). Deres interaktionstværsnit (deres sandsynlighed for at interagere) er derfor meget lavt, fordi det er en kortafstandskraft.

Forholdet mellem tværsnittet af en 1 GeV neutrino og af en elektron og en proton af den samme energi er ca. . Ud af 10 mia 1 MeV neutrinoer, der krydser Jordens, kun én vil interagere med atomerne, der udgør Jorden. Det ville tage en lys-års tykkelse af bly til at stoppe halvdelen af de passerende neutrinoer. Dette tværsnit øges med neutrinoens energi: Jorden er således uigennemsigtig over for ultrahøj energi neutrinoer (over 100 TeV ). $10 ^ {- 14} / 10 ^ {- 2} / 1$

Neutrino-detektorer indeholder derfor typisk hundreder af ton af et materiale og er konstrueret så, at et par atomer om dagen interagerer med indgående neutrinoer. I et kollapsende supernova , den densitet i kernen bliver høj nok (10 14 g / cm 3 ), som neutrinoerne produceres, kan lagres i en kort tid.

Svingninger

Eksperimenter har vist, at neutrinoer kan ændre smag , dvs. kontinuerligt omdanne fra en form for smag (elektronisk, muonisk eller tauisk) til en anden. Dette fænomen, kaldet " neutrino-oscillation ", blev forestillet i 1957 af Bruno Pontecorvo , derefter formaliseret i 1962 af Jiro Maki , Masami Nakagawa og Shoichi Sakata (in) i tilfælde af en svingning med to smagsvarianter (se også PMNS-matrix ).

Pontecorvo forudsagde i 1967, at svingningerne skulle føre til et underskud af solneutrinoer set fra Jorden. Denne forudsigelse blev bekræftet eksperimentelt så tidligt som i 1968 uden dog at bevise, at det faktisk skyldtes svingninger:

Det var først i 2001, at Sudbury Neutrino Observatory sluttede " solneutrino-problemet ", hvilket viste, at det faktisk var tilfældet;
men den første afgørende demonstration af svingningerne opnås i 1998 ved eksperimentet udført i Super-Kamiokande- detektoren , som viser en afhængighed mellem antallet af muoniske neutrinoer skabt af interaktioner mellem kosmiske stråler med atmosfæren og den tilbagelagte afstand, før de registreres;
den OPERA eksperiment også gjort det muligt at observere i 2010 nærvær af et tau neutrino inden for en stråle af muon neutrinoer;
Double-Chooz eksperimentet vidner også i slutningen af 2011 om et fænomen med forsvinden af elektroniske neutrinoer, der kan tilskrives denne svingning. Imarts 2012, bekræfter Daya Bay- eksperimentet disse resultater med øget præcision (5σ).

Masse

I den minimale standardmodel , den aktuelt accepterede teori til beskrivelse af elementære partiklers opførsel, har neutriner ingen masse. Eksperimenterne, der har til formål at måle en mulig masse, har faktisk fejlet i overensstemmelse med standardmodellen.

Imidlertid forudsiger de svage interaktionsligninger, at hvis og kun hvis neutrinoer har masse, så skal et fænomen med svingning mellem de forskellige smagsstoffer forekomme under deres udbredelse. Imidlertid er disse svingninger faktisk blevet observeret, hvilket udgør et brud på standardmodellen.

Svingninger er således et indirekte bevis for neutrino-masserne, men de nuværende metoder til direkte måling har ikke tilstrækkelig følsomhed til at bestemme den. Det er de kosmologiske begrænsninger, der leveres af WMAP- satellitten (fortolket inden for rammerne af de nuværende kosmologiske modeller) kombineret med resultaterne af svingningseksperimenterne, der giver massen af de tre neutrinoer de laveste øvre grænser, som afhænger af kosmologiske antagelser: m ( ν e ) <225 eV / c 2 , m (ν pi ) <190 keV / c 2 og m (ν r ) <18,2 MeV / c 2 .

Uanset modelantagelser er de øvre grænser for neutrino-masserne givet ved eksperimenter med dobbelt beta-henfald af tritium . Den mest præcise direkte stress til dato blev opnået i 2019 af KATRIN- eksperimentet og sætter den øvre grænse til 1,1 eV / c 2

Sort stof

" Mørkt stof " er en forklarende hypotese af visse observationer inden for astrofysik (galaksers rotationshastighed osv. ), Som kun kan forklares med aktuelle tyngdekraftteorier ved at postulere en majoritetsmasse i universet, som ikke udsender nogen stråling. På grund af deres egenskaber var neutrinoer en mulig løsning.

De tilgængelige eksperimentelle oplysninger om neutrino-massen viser imidlertid, at det er utilstrækkeligt at give en løsning på dette problem.

Fødsel

De første neutrinoer ville have dukket op for omkring 13,7 milliarder år siden, kort efter universets fødsel. Siden da har sidstnævnte fortsat med at ekspandere og afkøle, og disse neutrinoer, kaldet kosmologiske neutrinoer , har gjort deres vej. Teoretisk set danner de i dag en baggrund for kosmisk stråling med temperatur 1,9 K , neutrinos kosmologiske baggrund . Disse neutrinos energi er imidlertid alt for lav til, at de kan detekteres med nuværende teknologier. De andre neutrinoer, der findes i universet, skabes i løbet af stjernernes liv eller under eksplosionen af supernovaer .

Det meste af den energi, der afgives under en supernovas sammenbrud, udstråles væk i form af neutrinoer, der produceres, når protoner og elektroner kombineres i kernen for at danne neutroner . Disse supernova-kollapser producerer enorme mængder neutrinoer. Det første eksperimentelle bevis på dette blev leveret i 1987, da neutrinoer fra SN 1987A- supernovaen blev opdaget af de japanske Kamiokande og amerikanske IMB- eksperimenter .

Neutrino hastighed

Ifølge relativitetsteorien og den resulterende standardmodel, begge baseret på Lorentz-invarians , kan en partikel med ikke-nul masse ikke have en hastighed større end eller lig med lysets i vakuum. Mange teoretikere har dog postuleret, at neutrinoen kunne være en tachyon , en partikel forestillet af Gerald Feinberg i 1967, som bevæger sig hurtigere end lys, mens man respekterer postulaterne med særlig relativitet .

OPERA-oplevelse (2011)

I september 2011, rapporterer samarbejdet mellem fysikere, der arbejder med OPERA- eksperimentet , at den målte "flyvetid" for muonneutrinoer med en energi på 17 GeV produceret ved CERN er 60,7 ± (6,9) stat ± (7, 4) syste ns til den forventede for partikler, der bevæger sig med lysets hastighed . En nyudgave af dette eksperiment to måneder senere med kortere pakker for at minimere unøjagtighederne relateret til disse data fører til det samme resultat.

Dette kunne have betydet, at neutrinoen bevæger sig med en hastighed meget lidt hurtigere end lysets hastighed : 299.799,9 ± 1,2 km / s eller 7,4 km / s hurtigere end lysets hastighed.

Det 22. februar 2012, rapporterer tidsskriftet Science en dårlig forbindelse på niveauet med den optiske fiber, der forbinder en GPS til et elektronisk kort fra den eksperimentelle enhed af OPERA, og som kan være oprindelsen til den observerede effekt. Det23. februar, Bekræftede CERN, at denne hypotese var under undersøgelse, mens der blev nævnt en anden mulig fiasko i en oscillator, der blev brugt til synkronisering med en GPS, som ville forstærke den observerede effekt. Kritiseret for at have offentliggjort deres observationer uden at vente på alle verifikationer, trådte Antonio Ereditato, talsmand og Dario Autiero, OPERA-koordinatoren, af i slutningen afmarts 2012.

I marts 2012, ICARUS-eksperimentet (in) , også placeret i Gran Sasso, viste, at neutrinoer OPERA ikke går hurtigere end lys.

MINOS eksperiment (2007)

I 2007 havde det tilsvarende MINOS- eksperiment , der blev udført ved Fermilab i USA , over en afstand på 734 km med neutriner af energi centreret omkring 3 GeV opnået med en konfidensrate på 99%. Denne måling forblev kompatibel med lysets hastighed inden for måleusikkerhedsmargenerne: skønt det statistiske gennemsnit er større end lysets hastighed i vakuum, er afvigelsen mindre end de statistiske usikkerheder ved eksperimentet., Hvilket kun gør det muligt at give en maksimal værdi af masse inden for rammerne af klassisk relativistisk teori. Detektoren af MINOS-eksperimentet er under modifikation for at forbedre præcisionen ved måling af flyvetid. ${{vc} \ over {c}} = (5,1 \ pm (7,5)) \ times10 ^ {- 5}$

Observation SN 1987A (1987)

Observation i 1987 af elektronneutrinoer og antineutrinoer udsendt af SN 1987A- supernovaen (med en energi i størrelsesordenen 10 MeV derfor meget lavere end den for OPERA) synes ikke at være forenelig med disse målinger. Faktisk blev de opdaget ca. 3 timer før supernovaen blev observeret visuelt, hvilket gør sammenfaldet mellem deres ankomst og eksplosionen af supernovaen meget usandsynlig: ved at rejse med en hastighed i størrelsesordenen den der blev trukket fra Ifølge OPERA skulle de have ankom til Jorden omkring 4 år før fotoner. Med hypotesen om, at neutrinoerne og fotonerne blev udsendt successivt i løbet af disse tre timer, hvilket er i god overensstemmelse med de teoretiske modeller af supernova, den maksimale forskel mellem de to hastigheder (afstanden mellem supernovaen og jorden er 168.000 lysår) er: . ${{| vc |} \ over {c}} <2 \ gange 10 ^ {- 9}$

T2K eksperiment

Talsmanden for det internationale T2K-eksperiment , der ligger i Japan , angav, at muligheden for at replikere eksperimentet var under overvejelse .

Neutrinoer i eksperimentel fysik

Typer af neutrindetektorer

Der er flere typer neutrindetektorer. Deres vigtigste punkt til fælles er, at de er sammensat af en stor mængde materiale i betragtning af neutrinoers lille tværsnit af interaktion . De er også generelt dybt under jorden eller under havet for at undgå baggrundsstøj forårsaget af kosmisk stråling .

De klor detektorer blev den første brugt og består af en beholder fyldt med carbontetrachlorid (CCl 4). I disse detektorer omdanner en neutrino et atom af chlor til et atom af argon . Væsken skal skylles med jævne mellemrum med heliumgas , som fjerner argonen. Helium skal derefter afkøles for at adskille det fra argonen. Disse detektorer havde den største ulempe ved ikke at bestemme retningen for den indgående neutrino. Homestake , South Dakota , klordetektor , der indeholder 520 tons væske, opdagede først solneutrinounderskuddet og afdækkede solneutrino-problemet .
Den gallium detektorerne ligner klor detektorer, men er mere følsomme over for lavenergi neutrinoer. I disse detektorer omdanner en neutrino gallium til germanium, som derefter kan detekteres kemisk. Denne type detektor giver heller ikke oplysninger om neutrinoens retning.
De lette vand detektorer eller Cerenkov detektor , såsom Super-Kamiokande. De består af et stort reservoir med rent vand omgivet af detektorer, der er meget følsomme over for lette fotomultiplikatorrør. I disse detektorer overfører en neutrino sin energi til et ladet lepton , som derefter bevæger sig hurtigere end lys i dette medium, hvilket ved Cherenkov-effekten genererer en karakteristisk lysproduktion , der gør det muligt at gå tilbage til partikelens oprindelige bane. Fordelene ved denne type detektor er at detektere samtidig retningen af neutrino, dens smag og dens energi. Det tillader også et stort detektionsvolumen til minimale omkostninger, hvilket øger antallet af detekterede neutrinoer betydeligt. Det var denne type detektor, der optog 1987a supernova neutrino "burst" .
Den detektorer tungt vand brug tre typer af reaktioner til at detektere neutrinoer: den samme reaktion som lette vand detektorer, en reaktion, der involverer kollision mellem et neutrino med neutron en deuterium kerne, som frigiver en elektron, og en tredje reaktion, i hvilken neutrino pauser en deuteriumkerne til en proton og en neutron uden selv at ændre sin natur. Resultaterne af disse reaktioner kan påvises ved hjælp af fotomultiplikatorrør og neutrondetektorer . Denne type detektor er i drift på Sudbury Neutrino Observatory .
De detektorer i scintillationsvæske , såsom de eksperimenter Double Chooz og KamLAND (en) , i stand til at detektere neutrinoer energi i størrelsesordenen MeV. De bruges derfor generelt til at opdage neutrinoer fra atomkraftværker. Den scintillerende væske gør det muligt at registrere neutrinoenergien meget præcist, men giver ikke information om dens retning.
Den OPERA fotografiske film detektor , installeret i Gran Sasso tunnel i Italien, detekterer neutrinoerne udsendes af en stråle frembragt ved CERN af en original teknik: fotografiske lag vekslede med leadsheets, for at detektere svingningerne i muonen neutrino til tau neutrino. Udviklingen af fotografiske film gør det muligt at rekonstruere interaktionens topologi for at identificere den tau, der er resultatet af interaktionen mellem tau-neutrinoen.
De dobbelte betahenfald detektorer : De detektere dobbelte betahenfald spektrum med emission af to neutrinoer at finde, at der foreligger en dobbelt betahenfald af neutrinoer, hvilket ville vise sig at neutrino og anti-neutrino er én og samme partikel (Majorana neutrino, i modsætning til den klassiske neutrino fra Dirac). De er af to typer: kalorimetrisk som GERDA og CUORE, de detekterer kun den samlede energi af dobbelt beta-henfald for trofast at rekonstruere energispektret; tracker- kalorimeter til NEMO3- eksperimentet og SuperNEMO- projektet , der registrerer energispektret og banen for to elektroner for at afvise så meget baggrundsstøj som muligt.

Aktuelle oplevelser

Forskellige partikelfysiske eksperimenter søger at forbedre vores viden om neutrinoer og især om deres svingninger . Udover neutrinoer skabt af nukleare reaktioner i solen og dem fra beta-henfald i atomkraftværker, undersøger fysikere også neutrinoer skabt i partikelacceleratorer (som i K2K- og CNGS / OPERA- eksperimenter ).

Fordelen ved denne type eksperimenter er, at du kan kontrollere strømningen, og når partiklerne sendes. Derudover kender vi deres energi og afstanden, de rejser mellem deres produktion og deres detektion. Det er således muligt at placere sig ved yderpunkterne til svingningerne , hvor måling af svingningsparametrene er den mest præcise.

Således har OPERA- detektoren , der er installeret i Gran Sasso-tunnelen i Italien, forsøgt siden 2006 at opdage tau-neutrinoer fra svingningen af muonneutrinoer genereret ved CERN , 731 km væk . Det31. maj 2010, OPERA-samarbejdet meddelte, at det havde identificeret en begivenhed af denne type med 98% sandsynlighed, hvilket ville være den første observation af en svingning mod tau neutrino.

Den T2K eksperiment , der ligger i Japan, bruger en neutrino stråle skabt af JPARC speederen i Tokai. Ligesom sin forgænger K2K registrerer den neutrino-fluxen ved hjælp af et sæt supplerende enheder 280 m fra strålens oprettelsespunkt og observerer derefter de interagerende neutrinoer 295 km væk i Čerenkov Super-Kamiokande vanddetektor . Ved at måle udseendet af elektronneutrinoer i denne muonneutrino-stråle, ville det for første gang fuldføre neutrino-svingningsmatricen .

Double CHOOZ eksperimentet , der ligger i Frankrig ( Chooz , Ardennerne), bruger Chooz atomreaktoren til at detektere elektronneutrinoer. En nær detektor og en fjern en gør det muligt at måle forskellen i flux og dermed en forsvinden af disse neutrinoer, der er karakteristisk for svingningsfænomenet. Målet svarer derfor til målet for T2K-eksperimentet, men ved hjælp af komplementære metoder.

Daya Bay- oplevelsen fungerer på det samme princip. Det8. marts 2012var hun den første til at måle oscillationsparameteren θ 13 ved et konfidensniveau på mere end 5σ.

Eksperimentet KATRIN , der er installeret i Tyskland , ser igen til direkte at måle neutrino-massen ved at studere spektret af beta-henfald af tritium .

I IceCube- eksperimentet fordeles 5.160 optiske sensorer inden for en kubik kilometer is i Antarktis . En høj-energi neutrino, der er passeret gennem Jorden sikkert, har en meget lille chance for at styrte ned i et atom i isen og skabe en kaskade af partikler og korte lysglimt. Orienteringen og formen på disse blink gør det muligt at kende retningen fra hvilken neutrino kommer og skelne dens smag (elektronisk, muonisk eller tauisk). Iseptember 2017, IceCube registrerer en neutrino af energi større end 290 TeV (mere end 20 gange den for proton-protonkollisioner af LHC ), tilsyneladende udsendt af blazaren TXS0506 + 056 , som også udsendte en gammastrålesprengning og meget højenergiprotoner , optaget af Fermi -rumteleskopet og jordbaserede teleskoper.

Neutrino teleskoper

Vores himmel er altid blevet observeret ved hjælp af fotoner ved meget forskellige energier lige fra radiobølger til gammastråler. Brug af en anden partikel til at observere himlen åbner et nyt vindue på universet. Neutrino er en perfekt kandidat til dette:

det er stabilt og risikerer ikke at gå i opløsning under løbet
den er neutral og afbøjes derfor ikke af magnetfelter. Det er derfor muligt tilnærmelsesvis at finde kildens retning;
den har et meget lavt tværsnit af interaktion og kan således trænge sig ud fra tætte områder af universet, såsom nærhed af et sort hul eller hjertet af katastrofale fænomener (det skal bemærkes, at de fotoner, som vi observerer fra himmellegemer, kommer til os kun fra overfladen af objekter og ikke fra hjertet);
det interagerer kun ved svag interaktion og bærer således information om kernes nukleare fænomener i modsætning til fotonet, der kommer fra elektromagnetiske processer.

En ny supplerende astronomi er således skabt i løbet af de sidste ti år.

Et af de mulige principper for et sådant teleskop er at bruge Jorden som et mål for at stoppe astrofysiske neutrinoer. Når en muon-neutrino krydser jorden, har den en lav chance for at interagere og dermed generere en muon . Denne muon , hvis den har en energi ud over hundrede GeV, er på linje med neutrinoen og formerer sig ti kilometer på jorden. Hvis den blev skabt i jordskorpen, vil den være i stand til at forlade Jorden og udbrede sig i havet, hvor neutrino-teleskoperne ville blive installeret. Da denne muon går hurtigere end lys i vand, genererer den Čerenkov- lys , lysets ækvivalent med den supersoniske bom. Det er en kegle af blåligt lys. Denne type neutrino-teleskop består af et tredimensionelt netværk af foton-detektorer ( fotomultiplikatorer ), der gør det muligt at rekonstruere Čerenkov-keglen, og derfor banen til muon og den indfaldende neutrino, og dermed kildens position på himlen ... Den aktuelle vinkelopløsning er i størrelsesordenen en grad.

Disse neutrino-teleskoper er indsat i et stort volumen flydende vand eller is, så det lys, der udsendes af muonen, er mærkbart, og dimensioner i størrelsesordenen en kubikkilometer kræves for at have tilstrækkelig følsomhed over for svage kosmiske strømninger. De skal placeres under kilometer vand for på den ene side at være i absolut mørke og på den anden side at have afskærmning mod de kosmiske stråler, som udgør oplevelsens baggrundsstøj.

Neutrino-teleskoper, disse enorme volumener placeret i bunden af havet og ser under vores fødder, udgør et stort skridt i udviklingen af partikelastrofysik og bør muliggøre nye opdagelser inden for astrofysik, kosmologi, mørkt stof og neutrino-svingninger. IceCube i Antarktis og Antares i Middelhavet er i øjeblikket i drift .

Neutrinoer ud over standardmodellen

Da specialister postulerer, at neutrinoer har en masse, har teoretikere udviklet mange teorier kaldet ”ud over” standardmodellen , især for at forklare denne masse.

Tachyon teori

Udtrykket “ tachyon ” (hurtigt på græsk ) blev introduceret for at betegne teoretiske partikler, der er i stand til at bevæge sig ved hastigheder, der er større end lysets i vakuum, en grænse, der ikke kan overvindes i henhold til standardmodellen. Dette er derfor den første teori "ud over" denne model, kompatibel med 2011-resultaterne af OPERA-eksperimentet. Imidlertid viste denne observation sig at være mangelfuld på grund af et teknisk problem med observationsudstyret.

Model af "swing"

En af de mest lovende modeller er den savede model . I denne model introduceres neutrinoer med højre chiralitet (vi udvider derfor partikelindholdet i standardmodellen, deraf navnet "ud over"), som vi antager at være meget massive (langt ud over skalaen elektrosvækket). Denne sidste hypotese er berettiget af det faktum, at de aldrig er blevet observeret indtil nu og af symmetriovervejelser. På denne måde kan vi forklare den lave masse af de venstre neutrinoer, hvilket ville være dem, vi hidtil har observeret. Der er faktisk en meget stærk sammenhæng mellem massen af venstre neutrino og højre neutrino: de er omvendt proportionale. Så jo tungere højre neutrinoer, jo lettere er venstre neutrinoer.

Denne model betragter neutrinoer som Majorana-partikler , en kendsgerning, der vil blive ugyldiggjort eller bekræftet i de kommende år af NEMO-eksperimentet, der studerer det dobbelte β-henfald uden neutrino. En af attraktionerne i denne model er, at den kunne gøre det muligt at forklare asymmetri (eller rettere dissymmetri, da vi taler om " symmetribrud " i henhold til Prigogine- sproget ) stof / antimaterie i vores univers. Faktisk undrer specialister sig stadig i 2010, hvorfor universet indeholder (snarere) stof uden (næsten ethvert) antimateriale. Processer som følge af henfaldet af rigtige neutrinoer i perioder, hvor universet var meget ung, ville give os mulighed for at forstå dette fænomen. De involverede processer kaldes leptogenese og baryogenese .

Model af "sterile" neutrinoer

En anden teoretisk udvikling ud over standardmodellen postulerer eksistensen af sterile neutrinoer . Disse neutrinoer ville ikke gennemgå nogen elektro-svag interaktion, men kun tyngdekraften. Deres masse skulle så være større end de tre "klassiske" neutrinoer.

Disse sterile neutrinoer, som skulle være to i antal (dvs. 5 neutrinoer) og i stand til at svinge med de 3 kendte neutrinoer, kunne forklare en anomali, der blev observeret i lang tid med hensyn til strømmen af antineutrinoer fra reaktorer. Derudover inducerer eksistensen af 2 sterile neutrinoer naturligt brydningen af CP-symmetrien af leptonerne, hvilket tillader en forklaring af forholdet mellem materie og antimateriale. Andre nuværende hårde punkter i stjernernes nukleosyntese (produktion af tunge kerner ved hurtige neutroner eller endda under neutrino- burst under supernova) kan også forklares ud fra denne formalisme. Derudover er sterile neutrinoer massive og kun interagerer med tyngdekraften kandidater til mørkt stof .

Ikke-kommutativ geometri model

Den ikke-kommutative geometri i Alain Connes formalisme lader omformulere også elegant de fleste måle teorier med spontan symmetri bryde. I dette perspektiv var R. Wulkenhaar interesseret i modellen 141 # 141 med stor forening og opnåede således på en naturlig måde Yang-Mills Lagrangian koblet til Higgs-feltet . Denne model, hvor alle fermioner er en del af den samme irreducerbare repræsentation, indeholder nødvendigvis massive neutrinoer. En naturlig begrænsning, der kommer fra formalismen ved hjælp af den ikke-kommutative geometri, gør det muligt at give en forudsigelse for massen af disse partikler.

Noter og referencer

Bemærkninger

Dette bør på ingen måde fortolkes som en krænkelse af særlig relativitet , som forbyder overskridelse af lysets hastighed : faktisk er hastigheden på de udsendte partikler (som neutrinoer) større end lysets i vand , men mindre end det af lys i et vakuum .

Referencer

(in) " Leteste neutrino er mindst 6 millioner gange lettere end et elektron " på nature.com , Nature Publishing Group ( DOI 10.1038 / d41586-019-02538-z , adgang til 25. september 2020 ) .
Susanne Mertens , “ Direkte neutrino masseeksperimenter ”, Journal of Physics: Conference Series , bind. 718, nr . 22016, s. 022013 ( DOI 10.1088 / 1742-6596 / 718/2/022013 , Bibcode 2016JPhCS.718b2013M , arXiv 1605.01579 )
TLFi , sv neutrino.
Rey et al. 2010 , sv atom.
Celotti og Musacchio 2004 , § 5 , s. 266.
Stenvenson 2010 , sv neutrino, s. 1194, col. 3 .
W. Pauli. Pauli brevsamling: brev til Lise Meitner , Wissenschaftlicher Briefwechsel mit Bohr, Einstein, Heisenberg, Brev 259, 1930
(i) Edoardo Amaldi, " Fra opdagelsen af neutronen til opdagelsen af nuklear fission " , Phys. Rep. , N o 111 (1-4),1984, s.306, note 227.
Iliopoulos 2015 , s. 101.
Baudet 2008 , s. 398.
Baudet 2008 , s. 403.
(i) Fysikere Find første direkte bevis for Tau Neutrino på Fermilab 20. juli 2000.
Af Laurent Sacco (2010), Modsiger antineutrinoer relativitetsteorien? , Futura Science.
(en) BOONE; Det primære mål for dette eksperiment er:
James Holman (2008), Ny enhed kunne hjælpe med at overvåge atomreaktorer, siger OSU-forskere , Oregon , 21. maj 2008.
(in) " LLNL / SNL Anvendt fysikprojekt antineutrino. LLNL-WEB-204112 ” , 2006.
(in) " Applied Physics antineutrino 2007 Workshop " , 2007.
(in) " Nyt overvågningsværktøj avancerede atomreaktorer " , Science Daily , 13. marts 2008(adgang 16. marts 2008 ) .
Elektronisk neutrino [PDF] .
første resultater af Double Chooz-eksperimentet: mangler neutrinoer? CNRS / In2p3 - 9. november 2011.
(in) Observation af elektron-antineutrino forsvinden ved Daya Bay , på arXiv .
(in) " Partikelkamæleon fanget ved at ændre " på cern.ch ,31. maj 2010
(i) A. Chodos, AI Hauser og VA Kostelecky, The Neutrino As A Tachyon , Phys. Lett. B 150, 431 (1985).
(in) A. Chodos og VA Kostelecky, Nukleare nultest for rumlignende neutrinoer , Phys. Lett. B 336, 295 (1994). arXiv: hep-ph / 9409404 .
(in) A. Chodos, VA Kostelecky, R. Potting E. Gates Null eksperimenter for neutrino masser , Mod. Phys. Lett. A7, 467 (1992).
(in) Liste over emner på ideen tachyonic neutrino (kan være ufuldstændig) . InSPIRE-database .
OPERA-eksperimentet annoncerer en anomali i flyvetiden for neutrinoer fra CERN til Gran Sasso (pressemeddelelse), på CERN- siden .
(en) T. Adam et al. , “ Måling af neutrinohastigheden med OPERA-detektoren i CNGS-strålen ” , på arXiv (adgang 13. marts 2012 ) .
" Opera-eksperimentet, eller hvordan en forkert beregning satte fysikere i uro " , på Les Échos ,21. september 2012(adgang 21. maj 2019 ) .
(i) Edwin cartlidge, " Fejl Fortryder Hurtigere end lyset Neutrino Resultater " , sciencemag.org.
"Neutrinoer langsommere end lys får hovederne til at falde", Le Monde , "Science & techno",7. april 2012, s. 3 .
Neutrinoer ville ikke gå hurtigere end Befrielseslys,16. marts 2012.
Neutrinos: vend tilbage til en meddelelse, der var for hurtig , artikel i det daglige Le Monde , dateret13. april 2012.
(i) P. Adamson et al. , “ Måling af neutrinohastighed med MINOS-detektorer og NuMI neutrino-stråle ” [PDF] , på arXiv (adgang 23. september 2011 ) - MINOS Collaboration, P. Adamson et al. , Phys. Rev. D 76 (2007) 072005.
(in) Fermilab Today , " OPERA-eksperiment udsætter anomali i neutrinos flyvetid " (adgang til 26. september 2011 ) .
Neutrino flux analyse på astroturf.com webstedet
(i) Eryn Brown og Amina Khan, " Hurtigere end lys? CERN finder forvirrede forskere ” , Los Angeles Times ,23. september 2011( læs online , hørt den 25. september 2020 ).
(en) germanium Array Dectector .
OPERA-eksperiment: påvisning af en første kandidat i søgningen efter direkte bevis for neutrino-svingning (pressemeddelelse) på CNRS- webstedet .
Francis Halzen, " Neutrinos ved verdens ende ", Pour la Science , nr . 460,februar 2016, s. 24-31.
Lucas Streit " Blazerne, neutrino-kilder med høj energi ," For videnskab , nr . 491,september 2018, s. 6-7.
(in) The IceCube Collaboration , Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN et al. , “ Multimessenger-observationer af en flammende blazar, der er sammenfaldende med høj-energi neutrino IceCube-170922A ” , Science , bind. 361, nr . 6398,13. juli 2018, vare nr . eaat1378 ( DOI 10.1126 / science.aat1378 ).
" Opera-eksperimentet, eller hvordan en fejlberegning sætter fysikere i uro ", Les Échos ,21. september 2012( læs online , hørt den 25. september 2020 ).
Louis WC, Nature 478, 328–329 (20. oktober 2011).
Kopp, J., Maltoni, M., & Schwetz, T. Phys. Rev. Lett. 107, 091801 (2011).
Nævn, G., et al. Phys. Rev. D 83, 073006 (2011).

Se også

Channel-U "Neutrinoer i universet" [1]

Bibliografi

: dokument brugt som kilde til denne artikel.

[Baudet 2008] Jean Baudet , forklarer universet: en fysikhistorie siden1900, Paris, Vuibert , koll. "Videnskabelig kultur",Oktober 2008, 1 st ed. , 1 vol. , VII -420 s. , syg. , 17 × 24 cm ( ISBN 978-2-7117-4034-5 , EAN 9782711740345 , OCLC 458.753.563 , varsel BNF n o FRBNF41375429 , SUDOC 129.891.045 , online præsentation , læse online ).
[Iliopoulos 2015] Jean Iliopoulos ( pref. Af François Englert ), Ved massens oprindelse: elementære partikler og grundlæggende symmetrier , Les Ulis, EDP Sciences , koll. "En introduktion til ..." ( nr . 11),Feb. 2015, 1 st ed. , 1 vol. , VI -117 s. , syg. og fig. , 17 × 24 cm ( ISBN 978-2-7598-1158-8 , EAN 9782759811588 , OCLC 908.433.994 , varsel BNF n o FRBNF44272295 , SUDOC 182.882.683 , online præsentation , læse online ).
François Vannucci, går neutrinoer til himlen? , EDP Sciences Edition, 2002 ( ISBN 978-2-86883-559-8 ) .
Julien Bourdet, " Fysikere, der angriber neutrinoer " , på Journal du CNRS ,12. november 2018(adgang 16. november 2018 )
[La Souchère 2011] Marie-Christine de La Souchère , " La saga des neutrinos ", Bibnum ,Maj 2011, 21 s. ( resumé , læs online ).

Etymologi

[Celotti og Musacchio 2004] Nadine Celotti og Maria Teresa Musacchio , " Et diakronisk blik i undervisningen i specialiserede sprog ," anvendte lingvistikundersøgelser: gennemgang af didaktik og lexiculturologie sprogkulturer , n o 135 "specialitet Ordforråd og leksikografi af læring i fremmed sprog-kulturer ”,Jul. - Sep 2004, s. 263-270 ( DOI 10.3917 / ela.135.0263 , resumé , læs online ).
[Rey et al. 2010] Alain Rey ( dir. ), Marianne Tomi , Tristan Hordé og Chantal Tanet , Historical Dictionary of the French Language , Paris, Le Robert , hors coll. ,Jul. 2010( repr. Okt 2011), 4 th ed. ( 1 st ed. Oktober 1992), 1 vol. , XIX -2614 s. , 22 × 29 cm ( ISBN 978-2-84902-646-5 og 978-2-84902-997-8 , EAN 9782849026465 , OCLC 757.427.895 , varsel BNF n o FRBNF42302246 , SUDOC 147.764.122 , læse online ).
[Stenvenson 2010] (da) Angus Stevenson , Oxford-ordbog for engelsk , Oxford og New York, OUP , koll. "Oxford-sprog",august 2010( repr. Maj 2015), 3 th ed. ( 1 st ed. August 1998), 1 vol. , XXII -2069 s. , 21 × 27 cm ( ISBN 978-0-19-861057-1 og 978-0-19-957112-3 , EAN 9780198610571 , OCLC 491.914.130 , note BNF n o FRBNF45785406 , DOI 10,1093 / acref / 9780199571123.001.0001 , SUDOC 091.452.996 , online præsentation , læs online ).

Relaterede artikler

eksterne links

CEA - Collège de France - CNRS: Neutrino Conference 2004 [PDF] ,Juni 2004.
(en) Karakteristika for neutrinoer [PDF] på Particle Data Group-webstedet .
Fil: neutrinoen, en undvigende partikel , på webstedet Futura-Sciences .
Konference af Thierry Lasserre på stedet for universitetet med al viden.
"La saga des neutrinos" (M.-C. de La Souchère), analyse af brevet fra 4. december 1930af Pauli, på BibNum- webstedet .
Neutrino og beta-emission - Astronoo
[TLFi] “ neutrino ” i den computeriserede franske sprogkasse , online på webstedet for National Center for Textual and Lexical Resources .
Myndighedsposter :
Meddelelser i generelle ordbøger eller encyklopædier : Brockhaus Enzyklopädie • Enciclopedia De Agostini • Encyclopædia Britannica • Encyclopædia Universalis • Encyclopædia Treccani • Hrvatska Enciklopedija • Svensk Nationalencyklopedin • Proleksis enciklopedija • Store norske lekske