« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 [email protected]
Neutrinos?
• Nous baignons dans une nuée de particules, beaucoup plus nombreuses que toutes les autres : pour 1 électron, l’univers contient mille milliards de neutrinos, particules sans charge électrique intéragissant d’une facon incroyablement faible avec la matière.
• Ces fantômes peuvent traverser 100.000.000 terres alignées sans intéractions
• Vous êtes traversés chaque seconde par 100.000.000.000.000 neutrinos provenant du soleil
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100 microns 10 microns 0.1 micron
0.001 0.0001micron micron
0.00000001micron
Plongeons dans la matière…
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Nous sommes dans un labo de “ Physique des Particules Elémentaires ” ?
• Elémentaires? : indivisibles, sont les briques les plus b petites de notre monde
• Carte d’ identité (charge électrique, masse, stabilité , etc)• Modèles théoriques qui décrivent les forçes, familles,structures examples: électron charge= + ou -,
m=1/1000000000000000000000000000000 kg
photon charge=0 m=0
particule “ alpha” ? Non: c’est un noyau d’Helium: 2 neutrons, 2 protons
Proton? Non: il est composé de trois quarks
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Les Forces
• Electro-magnétique = le photon m=0
• Forte = le gluon m=0
• Faible = les W±,Z0 m=160000 ep1
p2
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Intéraction faible?
Le boson d ’échange est très lourd : x 80 masse du proton
portée de la force très petite probabilité de passer « à portée »
très faible Les peuvent voyager dans la matière
tout droit: …. 10.000.000 terres alignées sans les voir !! Sur terre nous recevons en eux des
messagers venant en ligne droite des galaxies : astronomie neutrino?
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les Radioactivités
• Radioactivité
• Radioactivité
+ E
+210Po 4 He + 206 Tl + 5.3 MeV
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• Noyau A Noyau B + électron
• Quelque chose doit s’échapper pour conserver l’énergie et l’impulsion
• C’est le « petit neutre » (Pauli,1930) • Noyau A Noyau B + e + neutrino
Radioactivité
+e
A B
E maxEnergie de l’electron
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Carte d’identite du neutrino
• C’est une particule élémentaire (non divisible)
• Charge électrique 0
• Masse : nulle ,petite ???
• Interactions: seule une très faible interaction
• Stabilité : semble stable, mais …???
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Sources Naturelles
• Le Soleil: 1011 /cm2.sec
• La Terre: 107 /cm2.sec ( Radioactivité )
• Rayons cosmiques +atmosphère: 1. /cm2.sec
• Les Super-Novae: SN1987: 1059
• Les « fossiles » : 100. /cm3 1 sec après le Big-Bang …
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Peut-on en fabriquer nous-mêmes?
• Réacteurs nucléaires 5. 1020/sec Radioactivité (0 à 10 MeV) ici: 1 million/ cm2
(Bugey)
• Bombes à hydrogène: 1028/sec
• Futur faisceau CNGS du CERN
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Comment détecter les neutrinos
• Les réactions de détection ex: e+p n+e+
• Flux de neutrinos le plus grand possible
• Masse du détecteur la plus grande possible
• Prise de données la plus longue possible
• Se protéger des cosmiques et des gammas
EXPERIENCES TRES DIFFICILES
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Le photomultiplicateur (P.M.)
2000 volts
10.000.000 e-
1 e-
2 4 …etc…. 12
1 3
Permet la détection d’un seul photon !
(bleu)
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• Expérience du Bugey (France, 1996) un module= 600 litres de liquide scintillant + 196
photo-multiplicateurs
15 et 40 m de distance d ’un réacteur, sous 2 a 5 m de béton : 50 évènements /heure a 15m
c’est moi !
Bugey
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L ’effet Čerenkov et l ’eau
• Une particule chargée traverse la matière en excitant sur son passage les atomes. Si la vitesse de cette particule dans le milieu
est supérieure à celle de la lumière, alors la lumière de désexcitation est cohérente
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électron
Lumière bleue
Mur de Photomultiplicateurs
eau
neutrino
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Super-Kamiokande
• 50000 tonnes
• 11147 p.m
• 1000 m
• 10000 atmosphériques
• 10 millions solaires
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Le soleil vu a travers la terre…
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Les neutrinos disparaissent !• On sait calculer d’une
facon précise le flux de e solaires (modèle du soleil)
L’expérience de Davies : flux = 30 % du flux attendu !!
• Désintégration? NON!
• Autre phénomène?
• Déclenchement de plein d’expériences !
e +37Cl 37Ar+e-
600 tonnes de C2Cl4
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OPERA (2006)
• Mise en evidence de dans un faisceau de
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