Dalibor Zivotic/Shutterstock Avec une masse proche de zéro et sans charge électrique, la particule subatomique appelée neutrino est si difficile à détecter que les physiciens l'appellent un particule fantôme .
Mais son caractère insaisissable n'est rien comparé à un type de particule fantôme encore plus étrange dont on suppose qu'il existe - leneutrino stérile. Jusqu'à présent, tous les efforts pour trouver stérile neutrinos sont venus les mains vides, et chercheurs viennent d'annoncer que la tentative la plus récente n'est pas différente.
Il est tentant de perdre espoir, mais prouver que le neutrino stérile existe réellement pourrait changer fondamentalement la physique et la façon dont nous voyons l'Univers, donc cela vaut au moins une autre chance.
Des physiciens du Institut des sciences fondamentales en Corée du Sud ont mis en place l'expérience Neutrino pour l'oscillation à courte base (NEOS) pour voir s'ils pouvaient détecter les neutrinos stériles de la tempête de particules émises par le cœur de la centrale nucléaire de Hanbit dans la ville de Yeonggwang.
Les neutrinos ne sont pas surnommés des fantômes pour rien : même s'ils appartiennent à la même famille de particules que les électrons, ils ne portent pas de charge électrique.
Cela signifie que la seule manière dont les neutrinos peuvent interagir avec d'autres particules est la gravité et la force nucléaire faible .
Depuis leurla masse est si petite, on pensait autrefois qu'il était nul, la seule façon pratique de les détecter est d'attendre que l'on heurte un proton ou un neutron dans le noyau d'un atome et provoque une réaction.
Bien qu'il existe un nombre incalculable de neutrinos expulsés par des réactions nucléaires à l'intérieur de notre Soleil et d'étoiles lointaines, avec littéralement des milliards de ces choses vous traversant à chaque seconde, pratiquement aucun d'entre eux ne s'arrête en chemin.
Pour repérer un neutrino dans l'espace, les physiciens voient grand, en utilisant des réservoirs d'eau souterrains géants entourés de photodétecteurs capables de détecter le rare flash de rayonnement émis lorsque le neutrino entre en collision avec l'une des particules subatomiques de l'eau et lui fait libérer un électron.
Dans les années 1960, les physiciens ont découvert que les neutrinos se présentaient sous trois formes, ou « saveurs » : les neutrinos de l'électron, les neutrinos du tau et les neutrinos du muon.
Des expériences sur les neutrinos sortant du Soleil ont rapidement suivi leur découverte, mais les chiffres ne correspondaient pas tout à fait aux modèles – la moitié aux deux tiers des neutrinos à saveur électronique semblaient manquer.
Comme si les neutrinos n'étaient pas assez sournois, il a été trouvé plus tard que les neutrinos changent de saveur en cours de vol, ce qui explique où sont allés ces neutrinos électroniques manquants.
Recherche à Los Alamos dans les années 1990 a également détecté quelque chose d'un peu inhabituel dans les oscillations du neutrino, ce qui a fait allusion à la possibilité d'un neutrino qui nous manquait complètement.
Une autre expérimentation en 2011 ont également détecté une lacune possible dans leurs résultats, avec environ 7 % de neutrinos en moins mesuré que prévu, faisant allusion à une quatrième saveur.
Techniquement, pour que les neutrinos n'ont pas de frais , les physiciens calculent qu'il ne devrait plus y avoir de place pour une autre saveur de neutrino... à moins qu'ils ne se comportent un peu différemment.
Les neutrinos de l'électron, du muon et du tau sont décrits comme gauchers, ce qui est une caractéristique de leur moment cinétique . D'autres particules de cette nature ont une forme droite, il est donc naturel de supposer que les neutrinos le seraient aussi.
Une autre caractéristique de ce mystérieux neutrino hypothétique est son absence totale d'interaction avec la force nucléaire faible, ce qui le rend effectivement 'stérile'.
Ainsi, si les neutrinos « actifs » sont des fantômes, le neutrino stérile est ce que deviennent les fantômes après leur mort.
Encouragés par ces résultats, les chercheurs de NEOS ont installé un petit détecteur de neutrinos électroniques derrière un épais mur de blindage en plomb à seulement 24 mètres (8 pieds) du noyau radioactif, dans l'espoir de détecter un motif parmi les 5 x 10 ^ 20 neutrinos qui se sont déversés. du réacteur toutes les secondes.
Institut des sciences fondamentales
Après avoir comparé leurs résultats avec des calculs théoriques et des chiffres d'autres expériences, NEOS n'a pas réussi à fournir une preuve concrète de l'existence du neutrino stérile.
Non pas que l'expérience elle-même ait été une perte de temps - d'une part, ils ont trouvé une 'bosse' étrange dans leurs données, marquant ce qui pourrait être une abondance inattendue de neutrinos à une énergie de 5 MeV, bien que la signification de cette poussée soit encore à confirmer.
Les résultats établissent également de nouvelles frontières pour la recherche de la particule, limitant les oscillations qui transforment les neutrinos électroniques en une saveur stérile.
On a prédit que les neutrinos stériles être aussi massif comme un énorme 10 ^ 15 GeV, ou aussi léger que seulement 1 eV, avec une version lourde hypothétique une fois même considérée comme un concurrent pour matière noire , quelque chose qui représente 80 % de l'univers et qui échappe encore à l'identification.
Unessayer de repérer les signesde neutrinos stériles à l'Observatoire de neutrinos IceCube du pôle Sud l'année dernière a conclu qu'ils étaient ' presque certain ' la particule n'existe pas.
D'autres expériences en Chine et un projet appelé MINOS au Fermi National Accelerator Laboratory aux États-Unis n'ont également rien trouvé.
Non pas que l'équipe derrière NEOS abandonne si facilement.
«Ces résultats ne signifient pas que les neutrinos stériles n'existent pas, mais qu'ils sont plus difficiles à trouver que ce que l'on pensait auparavant», dit le chercheur Oh When .
Parce que s'il y a une chose dont vous aurez besoin pour attraper le fantôme d'un fantôme, c'est de la patience et une bonne dose d'optimisme.
Cette recherche a été publiée dans Lettres d'examen physique .