Mise à jour le 25 Décembre 2009
 
 
  
CONFÉRENCE
"LE MYSTÈRE DES NEUTRINOS"
Par Daniel VIGNAUD.Physicien des particules
De l'APC (ASTROPARTICULES ET COSMOLOGIE)  
Organisée par la SAF, dans le cadre de l'AMA09
Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
 
Le Mercredi 16 Décembre 2009 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
(Daniel Vignaud a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en ppt), elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle. neutrinos-saf.ppt elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF)
 
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
 
La présentation étant disponible en ligne, le compte rendu sera donc succinct, d'autant plus que cette présentation est assez proche de celle qu'il avait donnée à l'UNESCO, dont vous trouverez le compte rendu complet sur ce site.
 
 
Nous sommes baignés en permanence par 65 milliards de neutrinos par cm2 et par seconde venus du Soleil
 
Notre corps humain contient aussi environ 20 millions de neutrinos issus du Big Bang et émet chaque seconde quelques milliers de neutrinos liés à sa radioactivité naturelle
 
Les neutrinos sont également produits dans l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère ou dans les noyaux actifs de galaxies...
 
 
 
 
ALORS, POURQUOI LES NEUTRINOS?
 
Les neutrinos sont apparus suite à une anomalie que l'on avait détectée avec le rayonnement Bêta.
La désintégration bêta moins, c'est la transformation d'un neutron d'un noyau en proton, la désintégration bêta plus est la transformation d'un proton en neutron.
 
Dans la radioactivité bêta moins, un électron était éjecté du noyau avec une énergie variable ce qui semblait prouver qu'une certaine quantité d'énergie était émise (conservation de l'énergie, une grande loi de la physique) mais non détectée.
Les lois de conservation de l'énergie n'étaient plus respectées, ce qui posait problème.
 
C'est Wolfgang Pauli, qui émit l'hypothèse qu'un particule inconnue emportant l'énergie manquante, devait être émise à l'occasion de cette réaction.
 
Cette particule "virtuelle" n'est pas encore détectée, mais elle sera baptisée neutrino. Son symbole : n 
 
En fait lors de l'émission bêta moins, c'est un anti-neutrino qui est émis suivant la réaction :
 
 
Le neutrino n'a en fait été détecté que près de 25 ans plus tard, en 1956. il fut mis en évidence à Savannah River près d'une pile atomique par Reines et Cowan.
 
Ensuite Brookhaven , le CERN et le Fermilab mettent en évidence les différentes sortes de neutrinos.
 
Les dernières expériences montrent qu'il ne peut exister QUE trois sortes de neutrinos.
 
 
LES CARACTÉRISTIQUES DU NEUTRINO.
 
 
 
 
 
Ce sont de vrais passe-muraille!
 
 
Si les neutrinos ont une masse, lorsqu'ils se déplacent, ils peuvent se transformer (plus ou moins totalement) d'une espèce dans une autre. Le phénomène est périodique en fonction de la distance L entre la source et le détecteur et prend le nom d'oscillations
 
 
LES NEUTRINOS SOLAIRES.
 
 
Le Soleil (Masse : 2 1030 kg Diamètre : 1 400 000 km  150 millions km de la Terre, 8 minutes pour la lumière) possède en son cœur une température de près de 15 millions de degrés. Cela est dû aux réactions nucléaires de fusion qui s'y produisent, comme celle-ci :
C'est la fusion de l'Hydrogène en Deutérium puis en Hélium. Cette réaction produit en plus d'un électron, un neutrino.
 
 
Le bilan énergétique de ces différentes réactions est de 4 10-12 W, c'est l'énergie du Soleil; les neutrinos sont les témoins de cette production d'énergie, ils arrivent sur Terre, 8 minutes après leur production.
 
De cette valeur énergétique on peut en déduire le flux de neutrinos solaires qui arrive sur Terre : il est de l'ordre de
 
65 milliards de neutrinos par sec et par cm2.
 
 
 
Mais dans les différents pièges à neutrinos, on ne mesure que 1/3 des neutrinos attendus, c'est l'énigme des neutrinos solaires : le Super Kamiokande est toujours en déficit, pourquoi?
 
Voici par exemple ici à gauche, une "image" du Soleil prise 2000m sous terre au Super Kamiokande; on n'y voit que les neutrinos.
 
Un progrès : le détecteur de Sudbury au Canada, voit, lui tous les types de neutrinos, c'est lui qui nous met sur la voie : les neutrinos se sont transformés pendant leur voyage.
 
On dit qu'ils changent de "couleur" en voyageant.
 
 
 
 
LES NEUTRINOS ATMOSPHÉRIQUES.
 
Les rayons cosmiques sont très énergétiques, ce sont des protons et des noyaux, donc des particules chargées.
Ce sont principalement des résidus de super novæ.
 
Comme on s'en est aperçu, le 23 Février 1987 à l'Observatoire de Las Campanas au Chili, où l'explosion de cette SN dans le grand nuage de Magellan a été vue à l'œil nu.
Au même instant dans la mine de Kamioka au Japon, on détecte à 7H32 10 neutrinos en 10 secondes, sur les 450 millions de milliards de neutrinos qui ont traversé le détecteur.
On a eu beaucoup de chance, le détecteur n'a été mis en service que depuis quelques semaines.
 
 
Ces neutrinos sont les témoins privilégiés de la mort d'une étoile massive, dont le cœur s'effondre en fin de vie avant d'exploser.
 
Il y a alors production de neutrinos.
 
L'illustration ci-contre explique le phénomène.
 
 
De façon générale, les neutrinos, témoins privilégiés de la vie (par exemple le Soleil) et de la mort (les SN) des étoiles !
 
 
 
 
 
 
 
 
LES NEUTRINOS DU BIG BANG.
 
 
Les neutrinos sont crées au tout début du Big Bang, et au bout d'une seconde, ils se découplent du reste de la matière.
La température est alors de 1010K (1 Mev).
Elle correspondrait à notre époque à un "fond cosmologique de neutrinos" de 1,9K
 
Pour les photons il faudra attendre par exemple 380.000ans pour assister à leur découplage.
 
Ce sont donc un des premiers messages de la création.
 
Leur nombre aujourd'hui : 300 neutrinos du BB par cm3 dans tout l'Univers.
 
 
 
LA MASSE DES NEUTRINOS.
 
 
Différentes expériences actuelles, permettent de donner des limites et des rapports entre les masses des différentes sortes de neutrinos.
 
Le neutrino serait 10 milliards de fois moins massif que l'électron, néanmoins , il contribue au bilan massique de l'univers et ne peut excéder quelques pourcents, ce qui est tout de même du même ordre de grandeur que la masse de toutes les étoiles (0,3% de tout l'Univers)!
 
 
CONCLUSIONS.
 
 
 
·        Les neutrinos sont des messagers incontournables de phénomènes fondamentaux dans l’Univers !
·        Le Soleil fonctionne comme prévu grâce à des réactions nucléaires de fusion entre 2 protons
·        La mort des étoiles massives en supernova émet des quantités phénoménales de neutrinos … et ce sont eux qui portent l’estocade !
·        Les neutrinos sont les plus vieux fossiles de l’Univers … mais ne pèsent pas lourd dans la masse manquante !
·        L’astronomie neutrino « lointaine » en est encore à ses premiers balbutiements.
·        En retour, les neutrinos de l’Univers nous ont offert sa masse sur un plateau !
·        … et il reste encore beaucoup de mystères à dévoiler !
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Daniel VIGNAUD : Les neutrinos ; CR conf. du 8 Juillet 2009 à l'UNESCO pour le séminaire Univers Invisible.
 
L'Univers des Neutrinos : CR de la conférence SAF de Th Lasserre.
 
Les neutrinos : CR d'une conférence de H Reeves aux RCE 2006.
 
Site sur les neutrinos par G Villemin.
 
L'histoire du neutrino par l'IN2P3.
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   membre de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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