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Expérience OPERA : la cinquième transformation des neutrinos

Dernière mise à jour : mercredi 24 juin 2015, par Nicolas Busser

L’expérience internationale OPERA, dans laquelle est impliqué l’IPHC, a détecté pour la 5e fois un évènement attestant de la transformation d’un neutrino de type muon en neutrino de type tau. Cette observation constitue de manière quasi certaine une preuve directe du phénomène d’oscillation des neutrinos.

Les neutrinos se divisent en trois familles appelées saveurs : électron, muon et tau. L’expérience OPERA est dédiée à l’étude de la transformation de neutrinos de saveur muon en neutrinos de saveur tau (un phénomène appelé oscillation). Quatre fois auparavant depuis son démarrage en 2006, des "évènements" susceptibles d’être des oscillations ont été détectés par OPERA. Cependant, le dernier en date, annoncé le 15 juin par la collaboration, a permis d’obtenir une signification statistique record de 5 sigmas. Cette valeur correspond à une probabilité de plus de 99,999%. En conséquence, ceci équivaut à dire qu’OPERA a découvert le phénomène de l’apparition du neutrino tau dans un faisceau de neutrinos muonique.

Pour obtenir ce résultat, un faisceau de neutrinos muon a été produit au Cern et dirigé vers le laboratoire souterrain du Gran Sasso, en Italie. Après un voyage de 730 km à travers l’écorce terrestre, les neutrinos, qui ont la particularité de très peu interagir avec la matière, sont arrivés sans perturbation sensible au détecteur d’OPERA. Celui-ci, grâce à ses 150 000 briques (unités de détection) dont le fonctionnement est analogue à celui d’une émulsion photographique, a pu capter les évènements d’oscillation.

Ce résultat a été rendu possible grâce à la détermination de tous les chercheurs impliqués dans le projet, à la performance du faisceau de neutrinos du Cern et au soutien de tous les organismes de financement.

L’expérience internationale OPERA, impliquant 140 physiciens provenant de 28 instituts de recherche dans 11 pays, a été conçue pour observer ce phénomène extrêmement rare par sa détection. Les oscillations de neutrinos sont restées un phénomène mal établi pendant plusieurs décennies. En 1998, il a été démontré que les neutrinos muoniques produits par l’interaction des rayons cosmiques arrivaient sur Terre moins nombreux que prévu. Le résultat rapporté aujourd’hui confirme enfin pourquoi de façon complète : les neutrinos "manquants" sont en effet ces neutrinos muoniques qui ont oscillé vers les neutrinos tau.

Les scientifiques vont poursuivre l’analyse des données recueillies à la recherche d’autres neutrinos tau et finalement mesurer les paramètres d’oscillation, en utilisant pour la première fois des neutrinos tau détectés. Les technologies développées pour l’expérience OPERA pourront être employées dans des expériences à venir, non seulement dans les études de physique des neutrinos, mais aussi dans d’autres domaines.

Deux laboratoires de l’IN2P3 participent actuellement à l’expérience OPERA, l’Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC, CNRS/Université de Strasbourg) et le Laboratoire d’Annecy le Vieux de physique des particules (LAPP, CNRS/Université de Savoie Mont Blanc).

Pour en savoir plus
- Expérience Opera : http://www2.cnrs.fr/presse/communique/927.htm
- Contact chercheur : Marcos Dracos ()