L’expérience OPERA annonce une anomalie dans le temps de vol des neutrinos allant du CERN au Gran Sasso

Dernières nouvelles au 8 juin 2012

Les neutrinos envoyés du CERN au Gran Sasso respectent la limite de vitesse cosmique

À la 25e Conférence internationale sur la physique des neutrinos et l’astrophysique, qui s’est tenue aujourd’hui à Kyoto, Sergio Bertolucci, directeur de la recherche au CERN, a présenté les résultats relatifs au temps de vol des neutrinos mesuré sur le trajet entre le CERN et le laboratoire du INFN Gran Sasso, pour le compte de quatre expériences situées au Gran Sasso. Ces quatre expériences, Borexino, ICARUS, LVD et OPERA, ont toutes mesuré un temps de vol des neutrinos compatible avec la limite liée à la vitesse de la lumière. Ces résultats divergent par rapport à la mesure que la collaboration OPERA avait soumise à l’examen de la communauté scientifique en septembre dernier, et indiquent que la mesure initiale d’OPERA peut être attribuée à un élément défectueux d’un système à fibres optiques de mesure du temps.

« Même si ce résultat n’est pas aussi sensationnel que certains l’auraient souhaité, a déclaré Sergio Bertolucci, il correspond à ce que nous attendions tous au fond de nous-mêmes.La nouvelle avait frappé l’imagination, et elle a été pour le public l’occasion de voir en action ce qu’est la méthode scientifiique : un résultat inattendu a été soumis à l’examen des scientifiques, a été étudié en détail, et la solution a été trouvée en partie grâce à la collaboration entre des expériences qui sont normalement concurrentes.C’est ainsi que la science avance ! »

Il a aussi été question à Kyoto d’un autre événement : l’expérience OPERA a présenté des indices de l’apparition d’un deuxième neutrino tau dans le faisceau de neutrinos mu du CERN. Il s’agit là d’une étape importante dans la compréhension de la physique de l’oscillation du neutrino.

Dernières nouvelles au 16 mars 2012

L’expérience ICARUS au Laboratoire du Gran Sasso annonce une nouvelle mesure du temps de vol des neutrinos qui reste dans les limites de la vitesse de la lumière.

L’expérience ICARUS au laboratoire italien du Gran Sasso a signalé aujourd’hui une nouvelle mesure du temps de vol des neutrinos entre le CERN et le Gran Sasso. La mesure effectuée par ICARUS, au moyen du faisceau à paquets courts envoyé l’année dernière depuis le CERN, indique que les neutrinos ne dépassent pas la vitesse de la lumière au cours de leur voyage entre les deux laboratoires. Ce résultat contredit la mesure initiale annoncée par OPERA en septembre dernier.

« Les données commencent à indiquer que le résultat d’OPERA est un artefact de mesure, déclare Sergio Bertolucci, directeur de la recherche au CERN, mais il est important d'être rigoureux, et les expériences du Gran Sasso, BOREXINO, ICARUS, LVD et OPERA, réaliseront en mai de nouvelles mesures avec faisceaux pulsés en provenance du CERN, ce qui nous donnera le verdict final.De plus, des vérifications complémentaires sont en cours au Gran Sasso pour comparer les valeurs de temps pour les particules cosmiques entre les deux expériences, OPERA et LVD.Quel que soit le résultat, l’expérience OPERA s’est comportée avec une intégrité scientifique parfaite, en soumettant ses mesures à l’analyse de la communauté des physiciens, et en appelant à la réalisation de mesures indépendantes.C’est ainsi que l'on procède dans la recherche scientifique. »

L’expérience ICARUS a un système de mesure du temps indépendant de celui d’OPERA, et a mesuré sept neutrinos dans le faisceau envoyé par le CERN l’année dernière. Tous sont arrivés en un temps compatible avec la limite de la vitesse de la lumière.

« L’expérience ICARUS a constitué une vérification importante du résultat anormal annoncé par OPERA l’année dernière, a déclaré Carlo Rubbia, prix Nobel et porte-parole de l'expérience ICARUS.D'après les mesures d'ICARUS, la vitesse du neutrino n'est pas supérieure à celle de la lumière.Ces mesures sont difficiles à réaliser, et très sensibles, et elles soulignent l’importance du processus scientifique.La chambre à projection temporelle à argon liquide d’ICARUS est un détecteur innovant qui permet une reconstitution exacte des interactions de neutrinos, comparable aux anciennes chambres à bulles, mais avec des systèmes d’acquisition de données entièrement électroniques.La pulsation rapide de scintillation obtenue permet une mesure des temps précis de chaque événement, et a été exploitée pour la mesure du temps de vol du neutrino.Cette technique est désormais reconnue dans le monde entier comme étant la plus adaptée pour de futurs détecteurs de neutrinos de grand volume. »

Dernières nouvelles au 23 février 2012

La collaboration OPERA a informé ses organismes de financement et les laboratoires hôtes qu'elle a identifié deux effets susceptibles d'avoir une influence sur la mesure du temps de parcours des neutrinos. Pour ces deux effets, de nouveaux tests, réalisés avec un faisceau à paquets courts, sont nécessaires. Si l'hypothèse est confirmée, l'un des effets accroîtrait l'ampleur du résultat mesuré, et l'autre le diminuerait. Le premier effet possible concerne un oscillateur utilisé pour les synchronisations GPS. Ce dispositif pourrait avoir conduit à surestimer le temps de vol des neutrinos. Le deuxième effet est lié au connecteur à fibres optiques qui achemine le signal GPS externe jusqu'à l'horloge maîtresse d'OPERA : ce connecteur pourrait ne pas avoir fonctionné correctement au moment où les mesures ont été prises. Si c'est le cas, cette défaillance pourrait avoir conduit à sous-estimer le temps de vol des neutrinos. L'ampleur potentielle de ces deux effets est actuellement étudiée par la collaboration OPERA. De nouvelles mesures effectuées au moyen de faisceaux à paquets courts sont prévues pour le mois de mai.

Dernières nouvelles au 18 novembre 2011

Suite au séminaire tenu au CERN le 23 septembre dernier, au cours duquel l’ensemble de la communauté des physiciens des particules a été invitée à étudier de près son résultat sur le temps de vol des neutrinos, la collaboration OPERA a revérifié un grand nombre d’aspects de son analyse en tenant compte de suggestions utiles de diverses sources. L’un des tests-clés a consisté à refaire la mesure avec des impulsions de faisceau très brèves en provenance du CERN. Cela a permis de mesurer plus précisément le temps d’extraction des protons qui permettent de produire le faisceau de neutrinos.

Le faisceau parti du CERN était constitué d’impulsions de trois nanosecondes, espacées de 524 nanosecondes. Une vingtaine d’événements neutrino clairs ont été mesurés au Laboratoire du Gran Sasso et mis précisément en correspondance avec les impulsions de protons au CERN qui les ont produits. Ce test confirme la précision de la mesure temporelle d’OPERA, excluant l’une des sources possibles d’erreur systématique. Les nouvelles mesures ne changent en rien la conclusion tirée initialement. L’anomalie observée dans le temps de vol des neutrinos entre le CERN et le Gran Sasso doit toutefois être étudiée de manière plus approfondie et faire l’objet de mesures indépendantes avant qu’on puisse la réfuter ou la confirmer.

Le 17 novembre, la collaboration a soumis un article sur la mesure du temps de vol des neutrinos à la revue à comité de lecture Journal of High Energy Physics (JHEP). Cet article est disponible sur le site web Inspire.

Communiqué de presse original 

Genève, le 23 septembre 2011. L’expérience OPERA1, qui observe un faisceau de neutrinos envoyé depuis le CERN2 à une distance de 730 km, au Laboratoire de l’INFN Gran Sasso, en Italie, présentera de nouveaux résultats à l’occasion d’un séminaire qui se déroulera au CERN cet après-midi à 16 heures (CEST). Ce séminaire sera retransmis sur le web à l’adresse : http://webcast.cern.ch. Les journalistes désirant poser des questions peuvent le faire sur twitter (#nuquestions) ou par les voies usuelles du Bureau de presse.

Le résultat d’OPERA se fonde sur l'observation de plus de 15 000 événements neutrino mesurés au Gran Sasso et semble indiquer que les neutrinos se déplacent à une vitesse 20 x 10-6 supérieure à celle de la lumière, la vitesse cosmique limite. Compte tenu de l’importance d’un tel résultat, des mesures indépendantes sont nécessaires avant qu’il puisse être infirmé ou confirmé. C’est pourquoi la collaboration OPERA a décidé de le soumettre à un examen critique public. Le résultat de la collaboration est disponible sur le serveur de prépublication arxiv.org : http://arxiv.org/abs/1109.4897.

La mesure de l’expérience OPERA contredit les lois biens établies de la physique, même s’il est vrai que la science progresse souvent en renversant les schémas reconnus. De nombreuses études ont été menées pour rechercher des écarts par rapport à la théorie de la relativité d’Einstein, sans qu’aucun indice ait jamais été découvert. Les importantes contraintes découlant de ces observations rendent improbables une interprétation de la mesure d’OPERA qui remettrait en cause la théorie d’Einstein et justifient d’autant plus la nécessité de procéder à des mesures indépendantes.

« Ce résultat est une surprise totale, souligne le porte-parole d’OPERA, Antonio Ereditato, de l’Université de Berne. Après des mois d’études et de recoupements, nous n’avons découvert aucun effet dû aux instruments qui pourrait expliquer le résultat de la mesure. Les chercheurs de la collaboration OPERA vont poursuivre leurs études, mais nous attendons également avec impatience des mesures indépendantes qui permettront d'évaluer pleinement la nature de cette observation. »

« Lorsqu’une expérience découvre un résultat apparemment incroyable et qu’aucun artefact dans la mesure ne permet de l’expliquer, il est d’usage de le soumettre à un examen critique public. Et c’est exactement ce que fait la collaboration OPERA. C’est là une bonne démarche scientifique, estime Sergio Bertolucci, directeur de la recherche du CERN. Si la mesure est confirmée, elle pourrait changer notre vision de la physique ; mais nous devons être sûrs qu’il n’existe pas d’autres explications, plus triviales.Il faudra pour cela des mesures indépendantes. »

Pour mener son étude, la collaboration OPERA s’est associée à des experts en métrologie du CERN et d’autres instituts afin de mesurer très précisément la distance entre la source et le détecteur, ainsi que le temps de vol des neutrinos. La distance entre l’origine du faisceau de neutrinos et OPERA a été mesurée avec une incertitude de 20 cm sur un trajet de 730 km. Le temps de vol des neutrinos a été déterminé avec une précision inférieure à 10 nanosecondes grâce à des instruments perfectionnés, notamment des systèmes GPS de pointe et des horloges atomiques. Le temps de réponse de tous les éléments de la ligne de faisceau du CNGS et du détecteur OPERA a également été mesuré avec une grande précision.

« La synchronisation établie entre le CERN et le Gran Sasso nous donne une précision de l’ordre de la nanoseconde et nous avons mesuré la distance entre les deux sites avec une précision de 20 cm, explique Dario Autiero, chercheur au CNRS, qui animera le séminaire de cet après-midi.Bien que nos mesures aient une incertitude systématique basse et une précision statistique élevée et que nous ayons une grande confiance dans nos résultats, nous sommes impatients de les comparer avec ceux d’autres expériences. »

« Les conséquences potentielles sur la science sont trop grandes pour qu’on tire immédiatement des conclusions ou qu’on tente des interprétations physiques. Ma première réaction est de dire que le neutrino continue de nous impressionner par ses mystères, » indique Antonio Ereditato. Le séminaire organisé cet après-midi invitera la vaste communauté des physiciens des particules à étudier de près le résultat d’OPERA.

L’expérience OPERA a été inaugurée en 2006, avec pour principal objectif d’étudier la transformation (oscillation) des neutrinos mu en neutrinos tau, qui est rare. Le premier de ces événements a été observé en 2010, démontrant les capacités exceptionnelles de l’expérience pour la détection des signaux insaisissables des neutrinos tau.

Plus d'informations:

Note(s)

1. L’expérience OPERA a été conçue et est menée par une équipe de chercheurs originaires d’Allemagne, de Belgique, de Corée, de Croatie, de France, d’Italie, d’Israël, du Japon, de Russie, de Suisse et de Turquie. Il s’agit d’une entreprise scientifique complexe qui a été réalisée grâce au talent d’un grand nombre de scientifiques, d’ingénieurs, de techniciens et d’étudiants, et à la forte motivation des différents acteurs du projet. Nous mentionnons en particulier les laboratoires LNGS/INFN et CERN, ainsi que l’important appui financier apporté par l’Italie et le Japon et les contributions notables de l’Allemagne, de la Belgique, de la France et de la Suisse. La collaboration OPERA compte à ce jour 160 chercheurs issus de 30 instituts de 11 pays : IIHE-ULB Bruxelles, Belgique; IRB Zagreb, Croatie; LAPP Annecy, France; IPNL Lyon, France; IPHC Strasbourg, France; Hambourg, Allemagne; Technion Haifa, Israël; Bari, Italie; Bologne, Italie; LNF, Italie, l’Aquila, Italie; LNGS, Italie; Nap

2. Le CERN, Organisation européenne pour la recherche nucléaire, est le plus éminent laboratoire de recherche en physique des particules du monde. Il a son siège à Genève. Ses États membres actuels sont les suivants: Allemagne, Autriche, Belgique, Bulgarie, Danemark, Espagne, Finlande, France, Grèce, Hongrie, Italie, Norvège, Pays-Bas, Pologne, Portugal, République slovaque, République tchèque, Royaume-Uni, Suède et Suisse. Un candidat à l’adhésion : la Roumanie. La Commission européenne, les États-Unis d'Amérique, la Fédération de Russie, l'Inde, Israël, le Japon, la Turquie et l'UNESCO ont le statut d'observateur.

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