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Le neutrino - Les expériences de l’IPHC

Dernière mise à jour : vendredi 17 novembre 2006, par Nicolas Busser

Qu’est-ce que le neutrino ?

 Histoire du Neutrino

1930 : Pauli fait l’hypothèse d’une nouvelle particule.
1933 : Fermi reprend l’idée du neutrino de Pauli et élabore la théorie de la désintégration bêta.
1956 : Mise en évidence expérimentale du neutrino électronique νe.
1962 : Observation du neutrino muonique νμ.
1991 : L’accélérateur du CERN (LEP) montre qu’il n’y a que trois neutrinos légers.
1995 : Déficit de neutrinos solaires confirmé par l’expérience GALLEX.
1998 : Confirmation des oscillations entre neutrinos (Super-Kamiokande).
2000 : Mise en évidence expérimentale du neutrino tauique ντ.

 Les propriétés des Neutrinos

• Sensibilité unique à l’interaction faible : une distance d’une année lumière de plomb arrêterait la moitié des neutrinos qui la traverse.
• 3 saveurs de neutrinos : électronique, muonique, tauïque
• Oscillation d’une saveur à l’autre (Mécanique Quantique)
• Masse non nulle : νe < 2,5 eV/c², νμ < 170 keV/c², ντ < 18 MeV/c². (1 MeV/c² = 1,783.10-27 g soit 1 millionième de milliardième de milliardième de la masse d’un moustique)
• Charge nulle

 Les sources de neutrinos

• Les neutrinos solaires : fusions thermonucléaires du soleil (400000 milliards ν/s/homme).
• Les neutrinos des hommes : accélérateurs de particules, réacteurs nucléaires (10-100 milliards ν/s/homme), corps humain (340 millions/jour, 20 mg de potassium 40).
• Les neutrinos de la Terre : noyaux atomiques radioactifs naturels (50 milliards ν/s/homme).
• Les neutrinos atmosphériques : neutrinos issus des gerbes atmosphériques.
• Les neutrinos du Big-Bang : fond diffus de neutrinos issus du Big-Bang (330 ν/cm3).
• Les neutrinos astrophysiques : cataclysmes violents comme les explosions de supernovae, les fusions entre étoiles à neutrons, les noyaux actifs de galaxie.

Ces deux images représentent la même partie du ciel, avant et après l’explosion d’une supernova. Ces phénomènes sont une source importante de neutrinos astrophysiques.

ANTARES - L’astronomie neutrino

La collaboration européenne ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch) a entrepris de construire un télescope sous-marin à neutrinos. Ce détecteur comprendra 900 capteurs de lumière très sensibles, répartis dans 20 millions de mètres cube d’eau. L’objectif scientifique principal est de détecter les neutrinos de haute énergie pour mieux comprendre l’univers.

La collaboration européenne ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch) a entrepris de construire un télescope sous-marin à neutrinos. Ce détecteur comprendra 900 capteurs de lumière très sensibles, répartis dans 20 millions de mètres cube d’eau. L’objectif scientifique principal est de détecter les neutrinos de haute énergie pour mieux comprendre l’univers.

 Principe de détection

Le neutrino ayant interagi au voisinage du détecteur produit un muon qui va induire un effet Čerenkov dans l’eau. La lumière générée est détectée par un réseau de photomultiplicateurs.

 Pourquoi le neutrino ?

Lors de leurs parcours dans l’espace, les protons et les photons interagissent avant d’arriver sur Terre avec le fond diffus cosmologique, la matière interstellaire, les champs magnétiques (protons). Une grande partie de l’information est donc perdue. Les neutrinos ne présentent pas ce problème.

OPERA - Expérience avec un faisceau de neutrinos

La collaboration OPERA (Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus) est une collaboration internationale composée d’une quarantaine d’instituts et de plus de 150 chercheurs. Le but de cette expérience est de détecter les neutrinos tauïques dans un faisceau pur de neutrinos muoniques. Il s’agit de la première expérience d’apparition de neutrinos en Europe.

 Principe de détection

L’apparition du neutrino tauïque sera signalée par la présence du lepton tau associé. Le plomb permet une plus grande probabilité d’interaction des neutrinos et les émulsions photographiques une très grande résolution spatiale afin de reconstruire en 3D les trajectoires des particules.

 Etat actuel

Le détecteur OPERA est actuellement installé au Gran Sasso. La mise en route du faisceau CNGS a été réalisée à la fin du mois d’août et les premiers neutrinos muoniques du CERN ainsi que les premiers événements ont été vus avec succès au Gran Sasso.

 Le faisceau CNGS (CERN Neutrino to Gran Sasso)

Le faisceau (CNGS) est produit au CERN (Genève) et est dirigé en direction du laboratoire souterrain du Gran Sasso où se trouve le détecteur.

• Energie moyenne des neutrinos muoniques produits : 17 GeV
• Distance parcourue sous la croûte terrestre : 732 km

 Le détecteur au Gran Sasso

OPERA est un détecteur hybride composé de détecteurs chimiques et électroniques. L’IPHC, anciennement IReS, s’est chargé de la construction des 507 modules du trajectographe électronique.

• Détecteur électronique (trajectographe) : 32448 barreaux de scintillateur plastique
• Détecteur chimique : >200 000 briques (alternance de 56 feuilles de plomb + 57 feuilles d’émulsion photographique)

Les auteurs

CASTEL Didier, CHON-SEN Nathalie

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Vous pouvez télécharger le poster présenté sur le stand IPHC :