Comparaison des derniers résultats de mesure de l'angle de mélange θ13 par les expériences auprès de réacteurs (Daya Bay, Double Chooz, Reno) et auprès d'accélérateurs (Minos, T2K). La bande bleue est la combinaison des résultats des expériences de l'Irfu, Double Chooz et T2K.
La 25e conférence internationale bisannuelle de physique des neutrinos vient de se tenir à Kyoto au Japon au début du mois de juin 2012. Les nouvelles mesures du troisième angle de mélange de la matrice des neutrinos, θ13, ont tenu la vedette et c’est une pluie fertile de résultats expérimentaux qui s’est abattue sur la conférence.
Double Chooz : une disparition de neutrinos élucidée
La collaboration Double Chooz a ouvert la conférence en présentant ses nouveaux résultats correspondant à 228 jours de données accumulées. C’est deux fois plus que pour la première analyse présentée au mois de novembre 2011 (Physical Review Letter 108, 131801, (2012)). L’expérience Double Chooz est installée près de la centrale nucléaire de Chooz dans les Ardennes. Un détecteur traque les antineutrinos électroniques à 1 km des réacteurs. Pour cette analyse plus de 8000 candidats antineutrinos électroniques ont été sélectionnés. Après soustraction des bruits de fond le nombre d’antineutrinos est comparé à la prédiction fondée sur une modélisation complète des réacteurs de la centrale de Chooz. Le signal étant du même ordre de grandeur que les bruits de fond soustraits, une vérification des analyses a pu être effectuée lors de l’arrêt simultané des deux cœurs, une particularité unique de Double Chooz. Par ailleurs, au-delà de la simple comparaison du nombre de neutrinos, la collaboration s’est illustrée par une analyse combinée incluant aussi la distribution de l’énergie des neutrinos. L’absence d’oscillation est rejetée avec une probabilité de 99,9% (3,1 déviations standard). La valeur obtenue est de sin2(2θ13) = 0,109 (+0,039 -0,039), en parfait accord avec les autres mesures présentées à la conférence de Kyoto.
Taux de neutrinos détecté en fonction du taux de neutrinos prédit en l'absence d'oscillation (en pointillé). Grâce à sa configuration à deux coeurs l'expérience Double Chooz a la possibilité unique de mesurer les bruits de fond lorsque les deux réacteurs sont à l’arrêt. La bande bleue correspond à la combinaison des résultats des expériences de l'Irfu, Double Chooz et T2K.
Spectre en énergie des candidats neutrinos électroniques observés. Les points correspondent aux données en dessous de 1250 MeV de l’expérience T2K, l’histogramme en rouge représente le signal attendu pour sin2(2θ13) = 0.1 et les histogrammes en bleu et vert montrent les contributions des bruits de fonds estimés.
T2K : une apparition de neutrinos confirmée
La collaboration T2K a présenté ses nouveaux résultats sur l’apparition de neutrinos électroniques dans un faisceau de neutrinos muoniques sur la base de la statistique accumulée jusqu’au 15 mai 2012, c’est-à-dire presque le double de ce qui avait fait l'objet de la publication précédente (Physics Review Letter 107, 041801 (2011)). Cette nouvelle campagne de prise de données est essentielle pour le laboratoire JPARC, car elle montre que l'ensemble de l'accélérateur et des détecteurs est parfaitement opérationnel, moins d'un an après le grand tremblement de terre. 10 événements candidats neutrinos électroniques ont été observés dans le détecteur SuperKamiokande : la probabilité qu’il s’agisse d’une fluctuation du bruit de fond est inférieure à 0,08%, la signification statistique est maintenant de 3,2 déviations standard. C'est la première fois que l’on observe directement l'apparition de neutrino d'une saveur différente de celle du neutrino au point de production. En ajustant ces données sous l’hypothèse d’une oscillation la valeur obtenue pour l’angle de mélange θ13 est de sin2(2θ13) = 0,104 (+0,060 -0,045).
Complémentarité
Les mesures présentées par les expériences sur réacteurs, telles que Double Chooz, et celles sur accélérateurs, telles que T2K, sont non seulement compatibles mais aussi largement complémentaires. En effet observer à la fois la disparition des antineutrinos de quelques MeV dans Double Chooz à une distance d’un 1km (L/E ≈ MeV / km) et l’apparition des neutrinos de 600 MeV à 300 km (L/E ≈ MeV / km) conforte la mise en évidence d’une réelle oscillation des neutrinos !
Cette nouvelle mesure ouvre donc la voie à la possibilité de mesurer la violation de la symétrie CP dans le secteur des neutrinos, le phénomène le plus important qu’il reste à mettre en évidence dans un modèle à trois types de neutrinos. L’observation d’une asymétrie entre l’oscillation des neutrinos et celle des antineutrinos donnerait du crédit à l’hypothèse du rôle majeur des neutrinos pour expliquer la surabondance extrême de matière sur l’antimatière dans l’Univers.
Contact:
• Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des neutrinos
• Le Département de Physique des Particules (DPhP) • Le Département de Physique Nucléaire (DPhN)
• Laboratoire d'études et d'applications des réactions nucléaires (LEARN)
• Double-Chooz • T2K
