Le neutrino | | | | | |
| | | | | | | | La vitesse du neutrino, une mesure surprenante ! | | Mise à jour 20 Mai 2012 | | Catégorie : physique |  | | | | | Que sait-on des neutrinos ?
Les neutrinos sont des particules subatomiques, appartenant aux leptons, composants de la matière, avec les quarks et les électrons.
Les neutrinos ont une masse supposée nulle, mais elle n'a jamais été mesurée, cependant il est admis qu'elle ne l'est pas. Ils sont émis en abondance par les étoiles, lors de l’effondrement d’une supernova.
Les neutrinos voyagent à la vitesse de la lumière.
Les neutrinos interagissent très faiblement avec la matière. Des centaines de milliards de neutrinos traversent notre corps chaque seconde, même un mur gigantesque de plomb ne peut arrêter les neutrinos. Très rarement, de temps en temps, un neutrino percute la matière. Ce qui explique qu'ils sont très difficiles à détecter.
Le neutrino n'est pas sensible à l'interaction forte (force nucléaire), il n'est sensible qu'à l'interaction faible (désintégration de l'atome) et peut-être à l'interaction électromagnétique.
Le neutrino électronique (νe), découvert en 1956, par Frederick Reines et Clyde Cowan, accompagne la formation d’un électron. Il est émis lors de la désintégration β, c'est à dire lors de la transformation d'un neutron en proton.
En 1962, le neutrino muonique (νμ) est à son tour découvert, à Brookhaven. Il est émis lors de la désintégration d'un muon. En 2000, le neutrino tauique (ντ) est découvert au Fermilab de Batavia, près de Chicago. Il est émis lors de la désintégration d'un tauon. Seul le neutrino électronique est stable, les autres sont instables et se désintègrent très rapidement pour rejoindre une particule stable.
Les détecteurs de neutrinos sont généralement situés profondément sous terre ou sous la mer, afin d'éviter le plus possible, le bruit de fond cosmique. Dans le détecteur au chlore, un éventuel choc d'un neutrino convertit un atome de chlore en un atome d’argon.
Dans un détecteur au gallium, un neutrino peut convertir un atome de gallium, en germanium.
| | Le détecteur OPERA, du Gran Sasso en Italie, sert aux expériences de physique des particules, destinée à étudier le phénomène d'oscillation des neutrinosLorsque le neutrino traverse la matière, sa propriété (saveur) est modifiée. L'oscillation du neutrino est un phénomène de la mécanique quantique, selon lequel un neutrino apparu avec une certaine saveur leptonique (électronique, muonique ou tauique) peut plus tard obtenir une saveur différente. Théoriquement, un neutrino pourrait osciller dans ces trois saveurs..
Depuis 2006, les physiciens utilisent un faisceau de neutrinos muoniques à haute intensité et à haute énergie, produit par le Super Proton Synchrotron (SPS) du CERN à Genève qui est dirigé vers un autre détecteur souterrain installé au Laboratori Nazionali del Gran Sasso, à 730 km de distance.
En septembre 2011, les physiciens ont annoncé que la vitesse mesurée des neutrinos est supérieure à la vitesse de la lumière dans le vide. Si cette mesure est confirmée, cela remettrait en cause la théorie de la relativité restreinte. Cependant l'écart mesuré est relatif, car la vitesse apparente des neutrinos (299 799,9±1,2 km/s) dépasse de 7,4 km/s, celle réelle de la lumière (299 792 458 m/s).
Le temps de vol mesuré des neutrinos sur ces 730 km est inférieur de 60,7±6,9±7,4 ns à celui attendu pour des particules se déplaçant à la vitesse de la lumière.
Comme toutes les ondes sont "Lumière" cela ne remet pas en cause la relativité restreinte d'Einstein, il faut juste reformuler la formule E=mc2 ou modifier la constante c, vitesse max de la lumière.
Les physiciens du CERN, soucieux que la science se trompe souvent, ne fournissent pour l'instant, aucune interprétation de cette mesure ! nota : à l'intérieur d'un atome on trouve des nucléons, c’est à dire des protons et des neutrons, à l'intérieur desquels il y a des quarks. Le noyau atomique est entouré d'un nuage électronique. La nature de la matière est beaucoup plus complexe qu'on le pensait au 20ème siècle.
On sait maintenant que le monde des particules est extrêmement riche. L'homme crée des machines infernales (Tevatron, LHC,...), de plus en plus puissantes pour "éplucher" la matière, jusqu'aux confins de l'infiniment petit. | | 
* Quatre de ces particules élémentaires suffiraient en principe pour construire le monde qui nous entoure : les quarks up et down, l'électron et le neutrino électronique. Les autres sont instables et se désintègrent pour rejoindre ces quatre particules.
| | | | | | | | Toutes les ondes sont "Lumière" | | | | | | | | | | La lumière est un phénomène ondulatoire visible correspondant à une petite gamme des vibrations électromagnétiques que l'on trouvent dans le spectre électromagnétique.
La nature de la lumière relève de la mécanique quantique pour laquelle elle est à la fois une onde et une particule. La lumière possède une longueur d'onde, qui en détermine la couleur, par exemple le rouge émet dans la longueur d'onde de 700 nanomètres, le Orange 650 nm, le Jaune 600 nm, le Vert 550 nm, le Bleu 500 nm et le Violet 450 nm. C'est cette fenêtre qu'a choisi l'œil humain pour se spécialiser. Mais la lumière invisible, s'étale sur un plus grand champ électromagnétique.
Maxwell a déterminé que la lumière est une onde électromagnétique et qu'il n'y a aucune raison de limiter la longueur d'onde de celle-ci à l'intervalle correspondant au spectre de la lumière visible, tout le spectre est lumière.
Depuis, on a pu observer que les longueurs d'ondes électromagnétiques varient entre 10-16 m et plusieurs milliers de kilomètres.
Les différentes fenêtres du spectre électromagnétique se caractérisent par une longueur d'onde, mais aussi par une plage de fréquences définies. | | Par exemple une onde radio est une onde électromagnétique dont la fréquence est inférieure à 3000 GHz, soit une longueur d'onde supérieure à 0,1 mm. La fréquence est le nombre d'oscillations électromagnétiques qui passent par un point donné en une seconde. Elle s'exprime avec l'unité de fréquence qui est le hertz. Plus la longueur d'onde est courte, plus la fréquence est élevée, jusqu'aux très hautes fréquences. La fréquence est donc inversement proportionnelle à la longueur d'onde.
La vitesse de la lumière appelée c comme célérité, n'est une constante physique, que dans le vide car les photons ont une masse nulle.
Le rayonnement électromagnétique en général a une vitesse constante dans le vide et en "ligne droite", qu'on appelle vitesse de la lumière.
Elle est fixée à 299 792 458 m/s.
* Le spectre électromagnétique regroupe toutes les fenêtres de lumière. Cette image du Soleil a été prise dans l'ultraviolet, à la longueur d'onde de 171 angströms ou 17,1 nanomètre.
crédits : sonde spatiale SOHO instrument EIT (Extreme ultraviolet Imaging Telescope), ESA/NASA. | | 
| | | | | | | | La vitesse de la lumière | | | | | | | | | | En 1905, Albert Einstein (1879 - 1955), a publié une théorie qui a bouleversé notre représentation du monde. Il a découvert que le temps peut s'écouler plus lentement et que l'espace peut se contracter.
Au 19è siècle on pensait que toutes les ondes avaient besoin d'un support pour se déplacer comme l'air ou l'eau, pour le son. On imaginait que les ondes lumineuses se déplaçaient dans le vent de l'éther luminifère.
A la fin du 19è siècle, 2 physiciens, Albert Abraham Michelson (1852 - 1931) et Edward Williams Morley (1838 - 1923) ont cherché à déterminer ce flux de l'éther, en mesurant la vitesse de la lumière entre deux directions perpendiculaires à deux périodes de l'année. Ils s'attendaient à mesurer des variations de cette vitesse du au déplacement de la Terre, mais le résultat fut surprenant, tous les rayons de lumière avaient la même vitesse. Cette célèbre expérience valut à Michelson le prix Nobel de physique en 1907.
A chaque fois qu'un progrès technique permet de gagner en précision, cette expérience est refaite et le résultat est toujours le même, la vitesse de la lumière est la même dans toutes les directions.
La vitesse de la lumière a donc été fixée à 299 792 458 m/s en 1983 par le Bureau international des poids et mesures ce qui permet de donner une définition précise au mètre.
Comme la vitesse de la lumière est la même dans toutes les directions, elle entre en contradiction avec les lois de la mécanique de Newton et la relativité galiléenne où les vitesses s'ajoutent.
| | La relativité galiléenne dit que le mouvement dépend du référentiel où on le mesure, c'est à dire qu'il est différent selon le mouvement de l'observateur.
Un observateur au sol qui voit passer un avion, n'a pas la même perception de la vitesse de l'avion qu'un pilote volant à côté, dans un autre avion.
Selon cette théorie, l'homme au sol et le pilote de l'avion devraient voir les rayons de lumière voyager à des vitesses différentes. Aussi, un avion volant à la vitesse de la lumière aurait pu voir que la lumière faisait du sur place.
Une lumière qui ne bouge pas ! Einstein ne pouvait le concevoir. Pour lui, il était plus vraisemblable que la lumière ait toujours la même vitesse, il s'intéressa donc aux publications de Michelson et Morley.
Si la vitesse de la lumière est toujours constante, deux observateurs qui ont des mouvements différents, doivent enregistrer pour un photon, une vitesse et une distance parcourue identiques. Or ce n'est pas ce qu'on observe. 299 792 458 m/s = espace / temps
nota : « Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 seconde. »* Einstein va remettre en cause et relativiser le caractère absolu de l'espace et du temps.
La vitesse est égale à la distance divisée par le temps mais la vitesse est constante, alors les 2 autres termes de l'équation, la distance et le temps, dépendent du mouvement de l'observateur. | | 
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| Astronomie - 24 septembre 2011 |
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