D'où les neutrinos tirent-ils leur masse? C'est un mystère, l'un des plus déconcertants du modèle standard de physique des particules. Mais une équipe de physiciens pense qu'ils savent comment le résoudre.
Voici le problème: les neutrinos sont bizarres. Particules ultra-faibles, la plupart d'entre elles sont si faibles en énergie et sans substance qu'elles traversent notre planète entière sans s'arrêter. Pendant des décennies, les scientifiques ont pensé qu'ils n'avaient aucune masse. Dans la version originale du modèle standard, qui décrit la physique des particules, le neutrino était totalement en apesanteur. Il y a environ deux décennies, cela a changé. Les physiciens savent maintenant que les neutrinos ont une masse, bien qu'en quantité infime. Et ils ne savent pas encore précisément pourquoi cette masse est.
Nous pouvons cependant résoudre le mystère, affirme un nouvel article publié le 31 janvier dans la revue Physical Review Letters. Avec suffisamment de temps et de données, les neutrinos à plus haute énergie que nous pouvons déjà détecter devraient aider à percer les secrets de leur masse.
Détection des résonances des neutrinos
Les neutrinos sont livrés avec différentes quantités d'énergie: deux particules par ailleurs identiques se comporteront très différemment selon la quantité d'énergie qu'ils transportent.
La plupart des neutrinos que nous pouvons détecter proviennent de notre soleil et d'une poignée de sources d'énergie super brillantes sur Terre (comme les réacteurs nucléaires), et sont d'une énergie relativement faible. Et les neutrinos à faible énergie glissent facilement à travers des morceaux de matière, sans se cogner. Mais notre planète est également bombardée de neutrinos d'énergie beaucoup plus élevée. Et ceux-ci sont beaucoup plus susceptibles de percuter d'autres particules, comme un semi-remorque hurlant sur l'autoroute dans la voie de dépassement.
En 2012, un détecteur de particules a été mis en ligne en Antarctique, conçu pour détecter ces neutrinos de haute énergie. Mais le détecteur, nommé IceCube, ne peut pas les détecter directement. Au lieu de cela, il recherche les conséquences des collisions de neutrinos à haute énergie avec les molécules d'eau dans la glace environnante - collisions qui produisent des salves d'autres types de particules que IceCube peut détecter. Habituellement, ces salves sont désordonnées, produisant une variété de particules. Mais parfois, ils sont inhabituellement propres - le résultat d'un processus appelé résonance, a déclaré le co-auteur de l'étude, Bhupal Dev, physicien à l'Université de Washington à St. Louis.
Lorsqu'un neutrino claque dans une autre particule, en particulier un électron, il passera parfois par un processus connu sous le nom de résonance Glashow, Dev a déclaré à Live Science que la résonance écrase les deux particules ensemble et les transforme en quelque chose de nouveau: un boson W. Proposée pour la première fois en 1959, la résonance de Glashow nécessite des énergies très élevées, et un seul exemple aurait pu apparaître dans IceCube en 2018, selon un discours de 2018 lors d'une conférence sur les neutrinos.
Mais selon Dev et ses co-auteurs, il peut y avoir d'autres types de résonances. L'une des théories les plus populaires sur la façon dont les neutrinos obtiennent leur masse est connue sous le nom de «modèle Zee». Et sous le modèle Zee, il y aurait un autre type de résonance comme Glashow, produisant une autre nouvelle particule, connue sous le nom de "Zee burst", ont écrit les chercheurs dans la nouvelle étude. Et cette résonance serait dans la capacité d'IceCube à détecter.
Si une rafale Zee était détectée, cela conduirait à une mise à jour radicale du modèle standard, transformant complètement la façon dont les physiciens voient les neutrinos, a déclaré Dev.
Le modèle de Zee passerait d'une théorie à une science ferme, et le modèle existant de neutrinos serait rejeté.
Mais IceCube n'est sensible qu'à certaines gammes d'énergies de neutrinos, et les conditions qui produiraient des rafales de Zee sont sur les bords extérieurs de cette gamme. Avec le temps, un de ces incidents sera probablement détecté par IceCube à un moment donné au cours des 30 prochaines années.
Mais heureusement, les mises à jour d'IceCube arrivent, ont noté les chercheurs. Une fois que le détecteur est mis à niveau vers le IceCube-Gen 2 beaucoup plus grand et plus sensible (on ne sait pas exactement quand cela se produira), l'appareil le plus sensible devrait être capable de détecter une rafale Zee en seulement trois ans - si les rafales Zee sont vraiment là-bas.
Et si les explosions de Zee ne sont pas là-bas et que le modèle de Zee est erroné, le mystère de la masse de neutrinos ne fera que s'approfondir.
