Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Le prix Nobel de physique 2015 récompense les deux premières expériences qui ont résolu l’anomalie des neutrinos solaires vue dans les années 60 en prouvant que les neutrinos ont la propriété de se métamorphoser. Le prix Nobel a été attribué à:

 Takaaki Kajita, physicien de la collaboration Super-Kamiokande au Japon, qui a participé, à travers l'étude des neutrinos atmosphériques, à la découverte de l'oscillation des neutrino_mu ν_μ en neutrino_tau ν_τ , observée en 1998.

Les neutrinos-électrons ν_e sont produits associés à un électron (la radioactivité beta- produit un électron et un anti-neutrino éléctronique et la beta+ un positron et un neutrino éléctronique) lors de la radioactivité beta due à l’interaction nucléaire faible. Les deux jumeaux lourds de l’électron, le muon et le tau, sont associés à deux autres neutrinos,le neutrino muonique ν_μ et le neutrino tauique ν_τ, portant ainsi à trois le nombre de types de neutrinos connus.

La découverte que les neutrinos peuvent osciller d'un type à l'autre, est une étape majeure pour la physique des particules élémentaires. Cette découverte démontre en particulier que les neutrinos possèdent des masses non nulles. Elle représente une preuve expérimentale convaincante que le modèle standard décrivant l’infiniment petit est incomplet.

Le prix Nobel 2015 salue les deux premières démonstrations expérimentales convaincantes de l'existence d’oscillations entre les différents types de neutrinos qui, toutes deux, datent d’une quinzaine d’années :

en 1998, à Neutrino'98, la plus grande conférence internationale sur les neutrinos, Takaaki Kajita de la Collaboration Super-Kamiokande, énorme détecteur de neutrino situé au Japon, a présenté des données montrant la disparition des neutrinos atmosphériques - les neutrinos provenant de la décroissance des pions et des muons produits lorsque les rayons cosmiques interagissent avec l'atmosphère.

Ce prix Nobel met en avant un sujet de physique qui se situe au cœur des thématiques de l'Irfu.

Les neutrinos sont en effet loin d’avoir dévoilés tous leurs secrets. Ils demeurent un sujet très prometteur pour les décennies à venir, afin de répondre aux questions qui restent ouvertes à ce jour :

• Quelle est leur masse absolue?
• Quelle est leur nature, sont-ils leur propres antiparticules ?
• Quel rôle jouent-ils dans l'asymétrie matière-antimatière?
• Existe-t-il une quatrième famille de neutrinos dits stériles?

En collaboration avec le CNRS et ses partenaires académiques internationaux, l'Irfu est fortement impliqué sur les projets phares de ce domaine:

• T2K au Japon (utilisant le détecteur Super-Kamiokande) et Double Chooz en France qui sont en prise de données pour comprendre les oscillations, sujet du prix Nobel
• Nucifer un démonstrateur de l’utilité des neutrinos pour mesurer automatiquement la composition isotopique du combustible des réacteurs nucléaires
• Cesox au Gran-Sasso(It) et Stereo à l’ILL, deux expériences sur les neutrinos stériles qui devraient démarrer début 2017
• Et enfin des projets futurs mondiaux sur l’étude des oscillations à grande distance (long baseline) avec le démonstrateur WA105 au Cern, Hyper-Kamiokande encore plus grand que  Super-Kamiokande et enfin l’expérience Dune aux USA avec un faisceau de neutrinos venant de Fermi-Lab
• Ou des projets d’étude de la double désintégration bêta sans émission de neutrinos.

Soulignons également l'apport de la cosmologie dans ce domaine, avec les résultats récents contraignant la somme des masses des neutrinos grâce à l’observation de l’effet des neutrinos soit sur la distribution de matière dans l’univers (SDSS et BOSS) ou sur le rayonnement fossile observé par le satellite  Planck.

De beaux résultats scientifiques en perspective!