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Prix Nobel de Physique 2015

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le 14 octobre 2015 /

Le prix Nobel de physique 2015 a t attribu Arthur McDonald et Takaaki Kajita pour la dcouverte des oscillations de neutrinos.

Le domaine de recherche a débuté à la fin des années 60 avec la première mesure du flux des neutrinos produits par le soleil, qui était étonnamment plus faible que prévu par le modèle solaire. Bruno Pontecorvo suggéra à cette époque que le déficit observé était dû à une transformation périodique de la saveur (c’est-à-dire le type) des neutrinos le long de leur voyage entre le soleil et la terre. Ce phénomène, appelé oscillation de neutrinos, implique que les neutrinos sont massifs et que leurs états d’interaction faible (autrement dit de saveur) ne correspondent pas à leurs états propres de masse mais sont plutôt une combinaison linéaire de ces derniers.
De nombreuses expériences ont contribué depuis 1968 à l’étude de ce phénomène, avec des mesures complémentaires. Deux expériences parvinrent finalement à mettre en évidence les oscillations de neutrinos, d’une part en mesurant le flux de neutrinos créés dans l’atmosphère par les rayons cosmiques (l’expérience Super Kamiokande en 1998), et d’autre part le flux de neutrinos solaires (expérience SNO en 2001). Super Kamiokande et SNO ont profité de très grandes contributions respectivement de T. Kajita and A. McDonald. Ces deux expériences, bien que différentes, ont en commun le fait de mesurer dans le même détecteur un ensemble d’interactions de neutrinos affectés par les oscillations ainsi qu’un ensemble témoin, n’ayant pas subi les effets des oscillations. La découverte des oscillations de neutrinos a des très grandes conséquences en physique des particules, puisque des neutrinos massifs sont un signe très clair de physique au-delà du modèle standard décrivant les interactions connues entre les particules fondamentales incluant le boson de Higgs. Les quinze dernières années virent le développement des faisceaux de neutrinos, tirés sur de longues distances par des accélérateurs de particules. Ils permirent l’observation directe des oscillations, en détectant des neutrinos d’une saveur initialement absente du faisceau. Grace aux accélérateurs nous sommes maintenant dans une ère de mesures de précision des paramètres qui gouvernent ce phénomène. Les effets de mélange entre les états propres de masse sont beaucoup plus grands que ceux d’un phénomène similaire qui se produit dans le domaine de quarks. Cette découverte, ajoutée à la masse extrêmement faible des neutrinos, est une nouvelle surprise et une propriété encore incomprise des neutrinos, ouvrant la porte à de la nouvelle physique. La mesure débutée en 2011 de l’angle de mélange theta13 a ouvert la voie à la recherche de violation de CP dans le secteur des neutrinos, et cela pourrait aboutir à une explication de l’asymétrie entre la matière et l’anti-matière dans notre univers. C’est l’ambition du projet mondial DUNE, dans lequel le groupe neutrino de l’IPNL est fortement impliqué, en menant également une R&D sur les détecteurs géants à Argon liquide qui seront nécessaires pour la détection des neutrinos. Le groupe est impliqué dans l’étude des oscillations de neutrinos depuis le début des années 90, à travers les expériences NOMAD, Bugey, CHOOZ, OPERA, T2K, LAGUNA-LBNO, WA105 et l’expérience DUNE. Le groupe neutrino félicite les deux lauréats du prix Nobel de physique pour ce prix amplement mérité pour une découverte fondamentale qui a couronné 30 ans d’efforts de la communauté neutrinos et posé les bases pour la mesure de précision de la matrice de mélange des neutrinos et la recherche de la violation de CP. Ce nouveau programme, aussi prometteur que la découverte des oscillations, a démarré immédiatement après les résultats de Super Kamiokande et SNO et attendra son sommet dans la prochaine vingtaine d’années. Les membres du groupe ont eu le grand plaisir de travailler avec T. Kajita depuis 2006 et ont pu grandement apprécier ses qualités, tant humaines que scientifiques. Photo : Cryostat du projet argon liquide du LABEX LIO à l’IPNL


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