Tout est question d’un virage dans la courbe – Technoguide

De nombreuses questions se posent autour du neutrino de particule élémentaire, notamment en ce qui concerne sa masse. Les physiciens sont également intéressés à savoir si, en plus des neutrinos “classiques”, il existe des variantes telles que les neutrinos dits stériles. L’expérience KATRIN a maintenant réussi à restreindre fortement la recherche de ces particules insaisissables. La publication est apparue récemment dans la revue Physical Review Letters.

À proprement parler, le neutrino n’est pas une seule particule mais comprend plutôt plusieurs espèces: le neutrino électronique, le neutrino muonique et le neutrino tau. Ces particules se transforment constamment les unes dans les autres dans un processus appelé oscillation neutrino. On suppose que les neutrinos ont une masse; cela doit être déterminé dans l’expérience KATRIN, qui a débuté en 2019 à l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). Selon les résultats à ce jour, le neutrino a une masse inférieure à 1 électron volt.

KATRIN pourrait également être utilisé pour traquer des espèces apparentées qui n’ont jusqu’à présent été qu’hypothétiques: les neutrinos stériles. La branche la plus lourde (masse en gamme kiloélectronvolt) est considérée comme candidate pour la matière noire et sera recherchée après l’installation d’un nouveau détecteur à KATRIN. En plus de cela, il pourrait également y avoir un type neutrino stérile plus léger.

Nouveaux critères d’exclusion pour le neutrino stérile léger

De nombreuses expériences recherchent des neutrinos stériles légers (masse de l’ordre des électronvolt). Il pourrait également se révéler dans l’expérience KATRIN. La masse et le rapport de mélange des neutrinos actifs (normaux) et stériles jouent un réel essentiel dans la recherche du neutrino stérile léger.

Susanne Mertens et son équipe de l’Institut Max Planck de Physique (MPP) ont réussi à définir de nouvelles limites d’exclusion avec l’aide de KATRIN. «Grâce à nos évaluations, nous avons pu réduire considérablement la zone de recherche de ce neutrino», déclare Mertens.

Avec la nouvelle analyse des données KATRIN, développée par le groupe de Susanne Mertens et Thierry Lasserre au MPP, l’existence de neutrinos stériles d’une masse comprise entre environ 3 et 30 électronvolts et d’un rapport de mélange supérieur à 10% peut désormais être exclue. Ce résultat complète les limites d’exclusion précédemment atteintes.

Recherche en mesurant la masse des neutrinos

Mais comment KATRIN peut-il trouver des neutrinos stériles? En utilisant la même méthode, l’expérience détermine également la masse du neutrino actif. La masse du neutrino peut être mesurée par désintégration radioactive. KATRIN utilise du tritium (eau lourde) à cette fin. Lorsqu’un proton est converti en neutron, un neutrino et un électron sont produits. L’énergie de désintégration de 18,6 kiloélectronvolts est répartie entre eux.

«Nous savons que le neutrino est extrêmement léger et ne reçoit qu’une infime partie de l’énergie de désintégration», déclare Mertens. “L’énergie maximale de l’électron est réduite par la masse du neutrino.” La masse du neutrino résulte donc de la différence entre l’énergie de désintégration et l’énergie maximale de l’électron.

La détection du neutrino stérile léger suivrait le même principe. Si des neutrinos stériles sont également libérés lors de la désintégration radioactive, cela laisserait une trace visible dans le spectre énergétique des électrons. «Ensuite, un virage clair apparaîtrait dans la courbe», explique Mertens. “Cela permettrait à KATRIN non seulement de déterminer la masse des neutrinos actifs, mais également de prouver l’existence d’une autre espèce de neutrinos.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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