La masse des particules fantômes Pour la première fois, la masse d'un neutrino a été mesurée. Une découverte qui pèse lourd sur les théories du big-bang et de la masse manquante de l'Univers

Le réservoir de 50 000 tonnes d'eau dans lequel a eu lieu l'expérience. Capteurs de lumière qui repèrent les interactions entre molécules d'eau et neutrino.          Schéma d'explication du mécanisme mis en oeuvre. Cliquez sur le schéma pour l'agrandir. PHOTOS: © DR

Le monde de la physique est en émoi! Le neutrino, plus connu sous le nom de particule fantôme, serait enfin démasqué. Pour la première fois, des scientifiques japonais et américains affirment avoir mesuré la masse d'un neutrino, le neutrino-muon. "Repérer un neutrino, c'est beaucoup plus compliqué que de dénicher une aiguille dans une botte de foin, explique Michel Cassé, astrophysicien à l'Observatoire de Paris. A l'échelle de ces particules, le plus dense des matériaux est plus vide que plein. Par exemple, les neutrinos traversent la Terre comme s'il s'agissait d'une boule de cristal. Alors réussir à mesurer leur masse, c'est non seulement un exploit scientifique, mais aussi un coup de pied dans les théories dominantes! Il y a peu de temps encore, la masse de ces minuscules particules était considérée comme nulle!" Trois types de neutrinos Pour mieux comprendre l'expérience américano-japonaise, il faut savoir qu'il existe trois types de neutrinos: le neutrino-électron, le neutrino-muon et le neutrino-tau. Selon les physiciens, chacun de ces neutrinos serait capable de se "transformer" en l'un de ses frères lors de phénomènes baptisés "oscillations". Or, démontrer l'existence de ces oscillations, cela signifie aussi observer une différence de masse entre les types de neutrinos. "Donc prouver que chaque particule a une masse qui n'est pas nulle, poursuit Michel Spiro, physicien au Commissariat à l'énergie atomique (CEA/Saclay). Seulement voilà, jusqu'à présent, il s'agissait d'une simple théorie. Depuis les années 60, les scientifiques se livraient une véritable course pour être les premiers à obtenir la bonne démonstration". 1% de la masse manquante de l'Univers Cette fois, il semblerait que c'est chose faite! Grâce à un détecteur de neutrinos cinquante fois plus puissant que les autres, l'équipe du laboratoire japonais Super Kamiokande est enfin parvenue à mettre le doigt sur les oscillations des neutrinos. Le Super Kamiokande serait un réservoir cylindrique de 50 000 tonnes d'eau ultra-pure dont les parois sont tapissées de 12 000 capteurs de lumière (photomultiplicateurs). Lors des très rares collisions entre un neutrino et une molécule d'eau, l'interaction produit une lumière qui est repérée par les capteurs. "Grâce à ce formidable outil, les chercheurs ont observé les neutrinos issus de rayonnements cosmiques qui traversent la Terre dans toutes les directions, explique Michel Vignaud, physicien au CEA. Et ils ont constaté que des neutrinos de type muon "disparaissent" pendant ce voyage au centre de la Terre. En fait de disparition, il ont observé une transformation en neutrinos de type tau". Il y aurait donc bien des oscillations, comme les études menées par des équipes françaises (Chooz) et américaines (détecteurs Soudan et IMB) au début des années 90 semblaient l'indiquer. La comparaison des rapports entre familles de neutrinos a ensuite permis aux chercheurs de Super Kamiokande d'estimer la masse du neutrino-muon cent millions de fois plus faible que celle d'un électron. "Ce résultat peut sembler minuscule! Mais les neutrinos sont tellement abondants dans l'Univers que leur masse globale représente un chiffre énorme", conclut Michel Vignaud. Elle pourrait même correspondre à 1% de la fameuse masse manquante de l'Univers que les physiciens, depuis Albert Einstein, tentent toujours de retrouver. * CAROLINE TOURBE

Focus Deux dates 1936: Wolfgang Pauli fait l'hypothèse de particules non observées, baptisées par la suite neutrinos pour "petit neutre", qui expliquent le principe de conservation de l'énergie. 1956: Frederick Reines et Washington Cowan détectent pour la première fois un neutrino. Origines: Il existe cinq sources principales de neutrinos: ­ les neutrinos solaires, issus des fusions thermonucléaires des étoiles ou du Soleil. ­ les neutrinos des hommes, produits par les accélérateurs de particules ou les réacteurs nucléaires. ­ les neutrinos de la Terre, issus des matières radioactives naturelles. ­ les neutrinos issus des rayons cosmiques. ­ les neutrinos du Big-Bang, les plus mal connus de tous, estimés à plus de 300 par cm3 dans l'Univers.

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