Des neutrinos plus rapides que la lumière !

Sciences de l'univers

DES NEUTRINOS PLUS RAPIDES QUE LA LUMIÈRE !

Remise en cause de l'espace-temps...  

23-11-2011 -Nouveaux essais concluants

Des neutrinos,particules élémentaires de la matière, ont encore semblé plus rapides que la lumière lors de nouveaux tests réalisés sur 730 km entre la Suisse et l’Italie, a indiqué vendredi le Centre national français de la recherche scientifique (CNRS).      

Laboratoire souterrain du Gran Sasour tenter d’éliminer une possible source d’erreur lors de la précédente mesure, l’équipe de l’expérience internationale Opéra a utilisé un nouveau faisceau de protons pour produire les neutrinos passe-murailles qui sont envoyés à travers l’écorce terrestre en direction du laboratoire souterrain du Gran Sasso (Italie centrale).   «

Avec le nouveau type de faisceau produit par les accélérateurs du Cern (Centre européen de recherches nucléaires), nous avons été capables de mesurer avec précision le temps de vol des neutrinos, en les prenant un par un », explique Dario Autiero, chercheur à l’Institut de physique nucléaire de Lyon (France) et responsable de l’analyse des mesures d’Opéra. Lors de ce nouveau test entamé fin octobre, vingt neutrinos ont pu être détectés au Gran Sasso.

Ces nouvelles mesures « ne changent en rien la conclusion tirée initialement, à savoir que les neutrinos semblent arriver plus vite qu’ils ne le devraient », a précisé le CNRS.  

 Le 22 septembre, l’équipe Opéra avait annoncé que des neutrinos avaient parcouru les 730 km en dépassant légèrement (de 6 km/s), la vitesse de la lumière dans le vide (près de 300.000 km/s), jusqu’alors considérée comme une « limite infranchissable ».

« Les vingt neutrinos que nous avons enregistrés fournissent une précision comparable aux 15.000 autres à partir desquels notre mesure initiale était fondée », a relevé M. Autiero, précisant que l’analyse était cette fois « plus simple ». Les impulsions de protons servant à produire les neutrinos étaient ultracourtes (trois nanosecondes ou milliardièmes de seconde) et espacées chacune de 524 nanosecondes, ce qui a permis d’accroîre la précision des mesures. Pour M. Autiero, « des examens complémentaires » et des « mesures indépendantes » doivent encore être faits avant que « l’anomalie de temps de vol » des neutrinos, c’est-à-dire leur vitesse supérieure à celle de la lumière dans le vide, puisse « être confirmée ou réfutée ».  

 Si elle était confirmée, cette vitesse supraluminique obligerait à repenser la physique actuelle, y compris la théorie d’Einstein. Incrédules, les chercheurs avaient tenté pendant des mois de vérifier leurs résultats avant de les annoncer en septembre. L’article de la collaboration Opéra présentant les résultats du nouveau test est accessible vendredi sur le site de prépublication ArXiv. Le neutrino est très difficile à détecter, car il est dépourvu de charge électrique et traverse généralement la matière sans s’y arrêter. (Source : AFP) - area51  

Depuis des dizaines d’années, certains chercheurs soupçonnent que les neutrinos peuvent dépasser la vitesse de la lumière. Il semble que ce soit bel et bien le cas d’après les observations conduites par des membres de la collaboration Opera. Si la découverte se confirme, nous sommes à la veille d’une révolution majeure en physique théorique. Déjà il y a quelques jours, le physicien Tommaso Dorigo avait été à l’origine d’une rumeur dans la blogosphère scientifique. Selon, lui les physiciens de la collaboration Opera, qui étudient les oscillations de neutrinos, s’apprêtaient à rendre publique une bombe dans le domaine de la physique théorique. Des neutrinos muoniques produits au Cern et formant un faisceau de particules envoyé à travers la Terre en direction d’un détecteur enfoui sous le Gran Sasso, à plus de 730 km de Genève, auraient été chronométrés à une vitesse dépassant celle de la lumière dans le vide…

La théorie de la relativité restreinte d’Einstein est centenaire, elle a subi de nombreux tests dont certains sont très précis. Autant dire que l’annonce que l’on aurait finalement découvert des particules qui se déplacent plus vite que la lumière n’est pas quelque chose que l’on peut faire à la légère. Surtout, Dorigo indiquait que les observations montraient un écart à la théorie de la relativité de l’ordre de 6,1 sigma. Dans le jargon des physiciens, cela signifie que l’effet observé, quelle que soit son origine (un défaut de construction du détecteur ou une mauvaise mesure dans l’expérience par exemple), est bien réel et ne peut être dû à des fluctuations statistiques dans les mesures. Pour comprendre un peu ce que cela signifie, imaginez un jeu de pile ou face et comptez 0 pour pile et 1 pour face. Si la pièce n’est pas pipée, il n’est pas impossible de tomber deux fois de suite sur 0, quatre fois de suite (deux sigma) serait beaucoup plus rare mais en gros, pas exclu par le hasard (on ne cherche pas la rigueur mathématique du calcul des probabilités dans cet exemple). Mais 12 fois de suite, là, c’est trop ! Il faut alors en conclure que le hasard n'est pas seul à l’œuvre. Tommaso Dorigo a ensuite supprimé son post sur son blog.

Visiblement, l’information avait été révélée avant l'heure mais il était trop tard : la blogosphère la reprenait, surtout qu’il semblait bien qu’un séminaire sur cette découverte était prévu au Cern pour le vendredi 23 septembre 2011. On devrait pouvoir le suivre ici cet après-midi. Finalement, le CNRS a mis en ligne une vidéo dans laquelle l’un des auteurs de la découverte, le physicien Dario Autiero chercheur du CNRS à l'Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL), confirmait la réalité des observations de la collaboration Opera. 

Dans un communiqué du CNRS, Dario Autiero explique que : « Nous avons mis en place un dispositif entre le Cern et le Gran Sasso nous permettant une synchronisation au niveau de la nanoseconde et mesuré la distance entre les deux sites à 20 centimètres près. Ces mesures présentent de faibles incertitudes et une statistique telle que nous accordons une grande confiance à nos résultats. Nous avons donc hâte de confronter nos mesures avec celles en provenance d'autres expériences, car rien dans nos données ne permet d'expliquer pourquoi nous semblons observer des neutrinos en excès de vitesse. » Antonio Ereditato, de l'université de Berne et porte-parole de l'expérience Opera, ajoute lui que : « Ce résultat est totalement inattendu. De longs mois de recherche et de vérifications ne nous ont pas permis d'identifier un effet instrumental expliquant le résultat de nos mesures. Si les chercheurs participant à l'expérience Opera vont poursuivre leurs travaux, ils sont impatients de comparer leurs résultats avec d'autres expériences de manière à pleinement évaluer la nature de cette observation ».

Des neutrinos transluminiques, une idée ancienne Des neutrinos qui voyageraient plus vite que la lumière, cela se traduit généralement par ce que les physiciens appellent une violation de l’invariance de Lorentz, un des piliers de la physique théorique. Ce n’est pas la première fois que l’on envisage une telle violation. On la cherche même, car il pourrait s’agir d’un effet de gravitation quantique. Malheureusement, les observations en gamma récentes de Fermi et Integral ne semblent pas compatibles avec une telle violation. Bien sûr, il s’agit dans le cas d’Opera de neutrinos, et pas de photons gamma. Toutefois, les neutrinos de la fameuse supernova de 1987 avaient été chronométrés cette année-là et ils posent de sérieuses contraintes sur d’éventuels effets transluminiques. Ils jettent même un doute sur les observations d’Opera. Il se pourrait tout de même que certains neutrinos, comme le laissaient entendre certaines expériences depuis longtemps, soient des tachyons, c'est-à-dire des particules allant toujours plus vite que la lumière. Le concept de tachyon est ancien puisqu’il remonte à un célèbre article publié en 1967 par Gerald Feinberg portant le titre Possibility of Faster-Than-Light Particles. En gros, le chercheur y considérait que toute limite ayant deux côtés, on pouvait imaginer contourner l’interdit de la théorie d’Einstein en admettant qu’il existait deux types de particule, les tardons, qui vont toujours moins vite que la lumière, et les tachyons, qui vont toujours plus vite qu'elle.

Contrairement à ce qu’on pourrait croire, Feinberg avait montré que des tachyons ne permettent pas d’envoyer un message dans le passé. En 1985, Alan Chodos était allé jusqu’à proposer que les neutrinos soient effectivement des tachyons et ces dernières années le physicien Alan Kostelecký a publié avec des collègues plusieurs articles envisageant des violations de l’invariance de Lorentz dans la physique des oscillations de neutrinos, précisément le domaine d’étude de l’expérience Opera. Il y a donc en fait une large littérature théorique explorant depuis un certain temps l’idée que des neutrinos puissent franchir le mur de la lumière. Il faut rester prudaent. Qui sait, par exemple, si des effets géophysiques mal compris ne sont pas venus fausser de façon subtile les mesures ? En son temps, certaines anomalies dans le fonctionnement du prédécesseur du LHC, le LEP, avaient été expliquées par les forces de marée terrestres, soulevant le sol et faisant varier de façon infime la longueur du chemin parcouru dans le collisionneur d’électrons-positrons.

futura-sciences

   "Limite infranchissable" selon la théorie d'Einstein, la vitesse de la lumière a été franchie lors d'une expérience scientifique, Opera, entre Genève et Gran Sasso en Italie.  

Des neutrinos, des particules de matières élémentaires ont, en effet, parcouru les 730 km séparant les installations du centre européen de recherches nucléaires (CERN) de Genève au laboratoire souterrain de Gran Sasso à une vitesse de 300 006 kilomètres par seconde, soit 6km/s de plus que la vitesse de la lumière.

  Trois ans de travail

  Selon les scientifiques, il ne s'agit pas d'un exploit unique. Ces résultats sont le fruit de trois ans de données et d'observations de plus 15 000 neutrinos, avec une marge d'erreur de 10 milliardième de seconde. "Je ne m'attendais pas du tout à ça, on a passé six mois à refaire tout de zéro", a expliqué jeudi Dario auterio, chercheur à l'Institut de physique nucléaire de Lyon et responsable de l'analyse des mesures d'Opera. Recalibrage des instruments de mesures par des scientifiques indépendants, prise en compte du séisme d'Aquila, relévés topographiques... rien n'y a fait. Les résultats sont restés inchangés. Les neutrinos semblent bel et bien avoir voyagé plus rapidement que la lumière, défaint du même coup la théorie d'Einstein.

Dans une autre dimension...  

"Compte tenu de l'énorme impact qu'un tel résultat pourrait avoir pour la physique, des mesures indépendantes s'avèrent nécessaires afin que l'effet observé puisse être réfuté ou bien formellement établi", souligne le CNRS. "C'est pourquoi les chercheurs de la collaboration Opera ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens" et l'ont publié, ajoute l'organisme de recherches français.  

Si la mesure est confirmée, ses explications défient encore la compréhension. Pour Pierre Binetruy, directeur du Laboratoire Astroparticules et Cosmologie de Paris, cela peut vouloir dire que "des particules ont trouvé un raccourci dans une autre dimension". Il existerait donc une dimension supplémentaire aux quatre que nous connaissons déjà : les trois dans l'espace et celle du temps. "Il se peut aussi que la vitesse de la lumière ne soit pas la vitesse limite", estime-t-il, tout en soulignant que le record battu par le neutrino ne signifierait pas forcément "qu'Einstein s'est trompé".  

Une théorie englobant celles d'Einstein et de Newton "Einstein n'a pas prouvé que Newton avait tort, il a trouvé une théorie plus générale" qui s'est superposée à celle de Newton. "Newton est correct quand la vitesse est petite par rapport à celle de la lumière", explique Stavros Katsanevas, directeur adjoint de l'Institut de physique nucléaire. Ainsi, la trouvaille d'Opera pourrait signifier que la théorie d'Einstein "est valable dans certains domaines mais qu'il existe une théorie encore plus globale, comme des poupées russes (...) ça ouvre de nouveaux champs", ajoute Pierre Binetruy.

  Les scientifiques appellent tout de même à la plus grande prudence tant que 'les mesures n'auront pas été vérifiées avec un système complètement différent', insiste Dario Auterio. Le projet Mino aux Etats-Unis aura cet objectif.

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