Plus tôt cette année, une équipe internationale de scientifiques a annoncé avoir trouvé des neutrinos - de minuscules particules avec une masse tout aussi minuscule mais non nulle - se déplaçant plus rapidement que la vitesse de la lumière. Un physicien qui a répondu à l'appel était le Dr Ramanath Cowsik. Il a trouvé une faille potentiellement mortelle dans l'expérience qui mettait en cause l'existence de neutrinos plus rapides que la lumière.
Les neutrinos supraluminiques (plus rapides que la lumière) sont le résultat de l'expérience OPERA, une collaboration entre le laboratoire de physique du CERN à Genève, en Suisse, et les Laboratori Nazionali del Gran Sasso à Gran Sasso, en Italie.
L'expérience a chronométré des neutrinos alors qu'ils parcouraient 730 kilomètres (environ 450 miles) à travers la Terre depuis leur point d'origine au CERN jusqu'à un détecteur du Gran Sasso. L'équipe a été choquée de constater que les neutrinos sont arrivés au Gran Sasso 60 nanosecondes plus tôt qu'ils ne l'auraient fait s'ils se déplaçaient à la vitesse de la lumière dans le vide. En bref, ils semblaient être superluminaux.
Ce résultat a créé soit un problème pour la physique, soit une percée. Selon la théorie d'Einstein de la relativité restreinte, toute particule de masse peut s'approcher de la vitesse de la lumière mais ne peut pas l'atteindre. Étant donné que les neutrinos ont une masse, les neutrinos supraluminiques ne devraient pas exister. Mais, d'une manière ou d'une autre, ils l'ont fait.
Mais Cowsik a remis en question la genèse des neutrinos. Les expériences OPERA ont généré des neutrinos en claquant des protons dans une cible stationnaire. Cela a produit une impulsion de pions, des particules instables qui ont été magnétiquement concentrées dans un tunnel où elles se sont désintégrées en neutrinos et muons (une autre minuscule particule élémentaire). Les muons ne sont jamais allés plus loin que le tunnel, mais les neutrinos, qui peuvent glisser à travers la matière comme un fantôme passe à travers un mur, ont continué à se diriger vers le Gran Sasso.
Cowsik et son équipe ont examiné de près cette première étape de l'expérience OPERA. Ils ont cherché à savoir si «les désintégrations de pions produiraient des neutrinos supraluminiques, en supposant que l'énergie et l'élan sont conservés», a-t-il déclaré. Les neutrinos OPERA avaient beaucoup d'énergie mais très peu de masse, la question était donc de savoir s'ils pouvaient vraiment se déplacer plus rapidement que la lumière.
Ce que Cowsik et son équipe ont découvert, c'est que si les neutrinos produits à partir d'une désintégration du pion se déplaçaient plus rapidement que la lumière, la durée de vie du pion s'allongerait et chaque neutrino porterait une plus petite fraction de l'énergie qu'il partage avec le muon. Dans le cadre actuel de la physique, les neutrinos supraluminiques seraient très difficiles à produire. "De plus," explique Cowsik, "ces difficultés ne feront qu'augmenter à mesure que l'énergie du pion augmentera.
Il existe une vérification expérimentale de la conclusion théorique de Cowsik. La méthode du CERN pour produire des neutrinos se reproduit naturellement lorsque les rayons cosmiques frappent l'atmosphère terrestre. Un observatoire appelé IceCube est mis en place pour observer ces neutrinos naturels en Antarctique; lorsque les neutrinos entrent en collision avec d'autres particules, ils génèrent des muons qui laissent des traînées de flashs lumineux lorsqu'ils traversent un bloc de glace transparente de près de 2,5 kilomètres (1,5 mille) d'épaisseur.
IceCube a détecté des neutrinos avec une énergie 10 000 fois supérieure à celle générée dans le cadre de l'expérience OPERA, ce qui a amené Cowsik à conclure que leurs pions parents doivent avoir des niveaux d'énergie correspondants élevés. Les calculs de son équipe basés sur les lois de la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement ont révélé que la durée de vie de ces pions devrait être trop longue pour qu'ils se désintègrent en neutrinos supraluminiques.
Comme l'explique Cowsik, la détection par IceCube des neutrinos de haute énergie indique que les pions se désintègrent selon les idées standard de la physique, mais les neutrinos ne se rapprocheront que de la vitesse de la lumière; ils ne le dépasseront jamais.
Source: Pions ne veut pas se désintégrer en accélérant les neutrinos lumineux
