ASTROPARTICULES

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L'astronomie des neutrinos

Les neutrinos (ν), produits en grande abondance par des processus divers à des énergies qui s'étendent de 10—5 à 1015 électronvolts, peuplent l'Univers à raison d'environ 300 par centimètre cube. Sont-ils massifs ? Les mesures directes de leur masse, très difficiles, donnent des limites supérieures, mais plusieurs expériences ont fourni des indications de la présence d'oscillations entre les trois espèces de neutrinos (νe, νμ et ντ) associées aux trois leptons chargés (électron, muon et tau) ; ce phénomène quantique de changement d'identité au cours de la propagation est lié à une masse non nulle du neutrino. Dans le cas simplifié de deux espèces de neutrinos, la probabilité de transformation oscille au cours du temps de propagation avec une amplitude égale à sin2(2θ), où θ est appelé angle de mélange, et une fréquence proportionnelle à Δm2, différence du carré de leurs deux masses. La longueur d'oscillation correspondante est proportionnelle à leur énergie E et à 1/Δm2. Sans indication a priori sur les paramètres d'oscillations, il est nécessaire d'explorer tous les couples possibles [sin2(2θ), Δm2]. La recherche de petites valeurs de Δm2 exige par exemple que le rapport E/L (où L est la distance entre source et détecteur) soit petit.

Les neutrinos solaires sont abondamment produits par les réactions de fusion au cœur du Soleil : le flux de neutrinos électroniques (νe) au niveau de la Terre atteint 65 milliards par centimètre carré et par seconde. Cinq expériences, dont une pionnière, datant des années 1960 – celle de Raymond Davis, Jr., dont le détecteur est installé à 1 500 mètres sous terre, au fond d'une mine d'or désaffectée, à Homestake (Dakota du Sud) –, détectent chacune une partie du spectre en énergie des neutrinos provenant de réactions nucléaires différentes. Les flux mesurés montrent tous des déficits importants par rapport aux prédictions issues d'un modèle astrophysique du Soleil fondé sur des hypothèses bien établies. L'interprétation de c [...]

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Écrit par :

  • : conseiller scientifique au Collège de France (physique corpusculaire et cosmologie)

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Pour citer l’article

Pierre BAREYRE, « ASTROPARTICULES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 mai 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/astroparticules/