Oscillation Des Neutrinos

[Morgane]

§ Pontecorvo a découvert que si un neutrino a une masse,

il donnera lieu à une oscillation:

 

c'est-à-dire le passage d'un neutrino d'un type à un autre.

 

 

 

§ Supposons une balle rouge d'un côté et jaune de l'autre.

 

§ Lancée, elle tourne et sa couleur est un mélange de rouge et de jaune.

 

§ Si elle est partie jaune et qu'elle arrive rouge, c'est qu'elle a tourné, qu'elle a oscillé.

 

 

 

§ Pour détecter ces oscillations, pas facile!

 

§ Les Américains et les Japonais ont construit une énorme cuve remplie d'eau de 42 mètres de haut,

 

enfouie à 1000 mètres sous terre, tapissée de 11 200 détecteurs hypersensibles.

 

 

 

§ Les neutrinos chassés sont ceux de la haute atmosphère qui traversent la Terre comme dans du beurre.

 

§ Il s'agit de détecter leur collision avec les atomes dans la cuve d'eau.

 

§ On les compte.

 

§ S'il en manque par rapport aux prévisions, c'est qu'ils se sont transformés en un autre neutrino,

 

c'est qu'ils ont oscillé et donc qu'ils ont une masse.

 

voilà, j'ai trouvé ça sur un site d'intro au modèle standard des particules (que je ne sais plus qui conseillait dans ce forum ) et j'aimerais savoir si quelqu'un peut m'expliquer parce que j'ai pas compris le rapport entre la masse et l'ocillation... pourquoi est-ce qu'il faut qu'ils aient une masse pour osciller

merci d'avance...

[lebebe]

Bonjour Viviane,

Message écrit par Viviane Vacher+13/08/2005 - 09:01-->

QUOTE(Viviane Vacher @ 13/08/2005 - 09:01) j'ai pas compris le rapport entre la masse et l'ocillation...

](texte cité)

 

Ce rapport est historiquement lié au déficit de neutrinos électronique en provenance du soleil. Une explication possible prenait comme hypothèse que comme il manquait des neutrinos électroniques, c'est qu'ils se changeaient en un autre type de neutrinos qui n'était pas détectés par les expériences en place.

 

Le modéle standard de base stipulait que les neutrinos avaient une masse nulle. Mais en prenant une masse non nulle pour ceux-ci, il a été démontré que l'oscillation était possible entre les différents type de neutrinos (parce qu'il y a une masse).

 

Cette prédiction a été confirmée par une détection de tous les neutrinos en provenance du soleil. La somme des neutrinos électronique, muonique et tauique était bien équivalente à ce qu'on attendait pour les seuls neutrinos électronique. Il y a donc bien oscillation des neutrinos entre leurs différentes saveurs.

 

<!--QuoteBegin-Viviane Vacher@13/08/2005 - 09:01

pourquoi est-ce qu'il faut qu'ils aient une masse pour osciller

](texte cité)

 

Aucune idée...

 

A+

[ArthurDent]

Salut,

pourquoi est-ce qu'il faut qu'ils aient une masse pour osciller question.gif

 

C' est pas simple ...

L' expérience montre que les 3 "saveurs" de neutrinos (e, mu, tau) sont détectées dans des proportions qui ne sont pas celles de production à la source (problème des neutrinos solaires et atmosphériques). Pour rendre compte de ça, un tour de passe-passe théorique consiste à considérer les neutrinos observés comme une combinaison de 3 autres neutrinos "virtuels" , selon une certaine proportion. En faisant varier les proportions du mélange des 3 neutrinos "virtuels", on obtient un cadre théorique qui permet d' expliquer les résultats expérimentaux (par un phénomène analogue à la polarisation en électromagnétisme).

 

Si les neutrinos n' avaient pas de masse, alors, quelque soit l' endroit ou on place le détecteur, on observerait les mêmes proportions de neutrinos (la même "phase"), puisque les 3 "neutrinos virtuels" se propageraient tous à la même vitesse (celle de la lumière). Ce qui est en contradiction avec une autre observation ,qui montre que la proportion change avec la distance entre le détecteur et la source

 

En affectant une masse non nulle, et différente , aux 3 neutrinos "virtuels", ceux-ci vont se propager à une vitesse différente pour une énergie d' émission donnée , si bien qu' on aura une variation de la proportion de chacun avec la distance: Si en P1 le mélange (neutrino observable) donne un neutrino électronique, en P2 le même mélange pourra donner un neutrino mu ou tau, selon le retard des neutrinos virtuels l' un par rapport à l' autre.

 

Je suis certainement pas clair.

Pour avoir les détails de tout ça, j' ai trouvé que le site du CERN, en particulier cette conférence là:

http://agenda.cern.ch/fullAgenda.php?ida=a054092

 

A+

--

Pascal.

[Morgane]

hello ArthurDent,

merci pour le lien mais je parle pas un mot d'anglais...

Je ne sais pas si c'est toi qui n'est pas clair ou moi qui suis un peu bouchée ( ) mais j'ai pas bien tout compris... t'aurais pas un lien en français des fois? ou 5 min pour me résumer celui en anglais?...

[ArthurDent]

Je n' ai pas trouvé grand chose de détaillé en Français. Je vais essayer de retraduire le peu que j' ai compris :

 

Imaginons une autoroute à 3 voies, et trois sortes de voitures , une rouge, une verte, une bleue. Ce sont nos trois "neutrinos virtuels".

 

prenons comme convention que la détection d' un neutrino electronique correspond au passage d' une voiture bleue au péage, un neutrino muonique au passage simultané d' une voiture bleue et rouge, et un neutrino tau au passage simultané d'une voiture rouge et verte.

 

Si les 3 neutrinos virtuel ont une masse nulle, ils filent à la vitesse de la lumière tous les 3 (les 3 voitures roulent à 130). Au péage, on va retrouver la meme configuration qu' à l' arrivée : Si au premier péage la voiture bleue arrive avant les 2 autres (neutrino électronique), au péage d' après aussi : Il n' y a pas d' oscillation.

 

En revanche, si la voiture bleue est plus massive que la verte (c' est pas une voiture mais un camion), elle ne pourra pas atteindre le 130 (il y a un limiteur de vitesse, c' est la relativité restreinte pour les particule, qui à une énergie donnée fait dépendre la vitesse de propagation de la masse, et le code de la route pour les voitures et les camions).

Du coup , au premier péage on détecte une voiture bleue seule (un neutrino electronique), mais au deuxieme il est possible que la voiture verte qui était derrière elle au premier péage la rattrape, et arrive en meme temps qu' elle au deuxieme péage : on détecte un neutrino muonique, ça oscille !

 

Voilà l' idée générale : C' est l' existence, d' une part d' une masse non nulle, et d' autre part d' une différence de masse entre les différents neutrinos, qui permet de rendre compte à l' aide des formules de propagation relativiste des particules, qu' un neutrino électronique à Paris devienne un neutrino muonique à Pékin.L' amplitude d' oscillation évolue avec le carré des différences de masse , et le sinus carré du déphasage (distance entre les voitures) entre les neutrinos virtuels.

 

Je ne suis pas sûr que ça soit plus clair, mais j' ai essayé

 

A+

--

Pascal.

[Morgane]

si, si, c'est plus clair mais je suis pas sûre d'avoir saisi quand même... donc, si j'ai bien compris, UN neutrino est une combinaison de TROIS neutrinos virtuel. Bon. mais alors, comment l'un des neutrinos virtuels peut-il arriver avant les autres puisqu'il fait parti d'un tout? (le neutrino réel) C'est comme si tu me disais que les 3 quarks d'un neutron faisaient la course!

et puis d'abord c'est quoi "un neutrino virtuel"?ça veut dire qu'on a pas prouvé son existence?qu'il n'existe pas?que c'est une manière de présenter les chose parce que la réalité est intraduisible?

Ensuite, si la nature (ou dit-on la famille?) du neutrino, dépend du nombre de voitures qui passent en même temps au péage: ça veut dire que sa masse change au moment où il oscille?

[ArthurDent]

Message écrit par Viviane Vacher@22/08/2005 - 18:55

si, si, c'est plus clair mais je suis pas sûre d'avoir saisi quand même...

hummm. Si tu le dis.

 

donc, si j'ai bien compris, UN neutrino est une combinaison de TROIS neutrinos virtuel. Bon. mais alors, comment l'un des neutrinos virtuels peut-il arriver avant les autres puisqu'il fait parti d'un tout? (le neutrino réel) C'est comme si tu me disais que les 3 quarks d'un neutron faisaient la course!

Exactement ! Tu fais le bon parallèle. C' est tellement vrai, que les 3 quarks d' un neutron font la course, que de temps en temps, l' un d' eux se transforme en un autre quark, et un boson (W/Z) lequel se transforme en électron et anti neutrino

et puis d'abord c'est quoi "un neutrino virtuel"?ça veut dire qu'on a pas prouvé son existence?qu'il n'existe pas?que c'est une manière de présenter les chose parce que la réalité est intraduisible?

Un truc qui a les mêmes propriétés qu' un neutrino qu' on observe, mais exprimé dans des coordonnées différentes (les valeurs propres de propagation). Un peu comme un changement de référentiel, quoi. Référentiel dans lequel on ne peut pas mettre d' instruments de mesure. Disons que c' est un changement de formalisme, pour simplifier les calculs.

Ensuite, si la nature (ou dit-on la famille?) du neutrino, dépend du nombre de voitures qui passent en même temps au péage: ça veut dire que sa masse change au moment où il oscille?

](texte cité)

oui, famille ou "saveur". Et effectivement, sa masse varie pendant les oscillations (mais si on fait la somme des flux de toutes les saveurs de neutrinos tout au long du parcours, on trouve toujours la meme masse totale dans ce formalisme là (c' est une sorte de rotation, le rayon (qui représente l' énergie et donc la masse) ne varie pas.

 

Il faut noter que tout ce bazar est encore hypothétique; la physique des neutrinos n' est pas finie, le modèle standard qui décrit l' ensemble des particule élémentaires et leurs comportement, n' admet pas de masse, (ni pour le neutrino ni pour rien d' autre), et le mécanisme formel qui rends les particule massive (Higgs) , est associé à un boson (le Higgs), qui n' a toujours pas été détecté ...

Donc, si ça ce trouve tout ces tours de passe-passe mathématiques ne correspondent à rien de physique

 

A+

--

pascal.

[Morgane]

hummm. Si tu le dis.

Exactement ! Tu fais le bon parallèle. C' est tellement vrai, que les 3 quarks d' un neutron font la course, que de temps en temps, l' un d' eux se transforme en un autre quark, et un boson (W/Z) lequel se transforme en électron et anti neutrino

 

attends, attends... les quarks ne changent pas de saveur par l'opération du saint esprit?! ya une particule ou je ne sais quoi (un gluon non?) qui va d'un quark à l'autre pour changer sa saveur... est-ce le cas aussi pour les neutrinos?

et puis les quarks ne font pas la course: ils sont tellement liés entre eux qu'on a jamais réussi à en avoir un tout seul!

dans l'exemple que tu me donnais pour les neutrinos, l'un des neutrinos virtuels arrivait AVANT les autres... ce serait impossible si c'était des quarks(?) à moins que la notion de "distance" dans ton exemple des voitures ne soit une transposition de la réalité pour expliquer un autre paramètre?

 

Un truc qui a les mêmes propriétés qu' un neutrino qu' on observe, mais exprimé dans des coordonnées différentes (les valeurs propres de propagation). Un peu comme un changement de référentiel, quoi. Référentiel dans lequel on ne peut pas mettre d' instruments de mesure. Disons que c' est un changement de formalisme, pour simplifier les calculs.

 

alors là, désolée, j'ai rien compris. tu me la refais en langage pour néophyte?

 

oui, famille ou "saveur". Et effectivement, sa masse varie pendant les oscillations (mais si on fait la somme des flux de toutes les saveurs de neutrinos tout au long du parcours, on trouve toujours la meme masse totale dans ce formalisme là (c' est une sorte de rotation, le rayon (qui représente l' énergie et donc la masse) ne varie pas.

 

c'est très intéressant ça. comment ça se passe? tu as des détails?... est-ce que le neutrino "emprunte" de la masse comme certaines particules "emprunte" de l'énergie? (comme les paires de particules/anti-particules qui se créent et s'anihilent en permanence dans le Vide?) Comme de toute façon d'après Einstein, l'énergie et la masse c'est la même chose...

[Morgane]

merci Eridani pour la "réparation" du message mais ça risque de recommencer parce que je m'en sors pas avec ces histoires de citations je vais vraiment passer pour une quiche sur ce forum moi

[ArthurDent]

ben là, on va arriver aux limites de ce que je crois avoir compris à tout ça. Je ne sais pas si le cadre théorique introduit une particule pour expliquer la transformation d' un neutrino en un autre. Je ne crois pas qu' on en soit là. Ce point n' est pas abordé dans les confs du CERN qui sont en ligne. Il faudrait aller lire les papiers de recherche, et là, ça me passe largement au dessus de la tête.

 

Quand je dis que les quarks font la course, c' est à l' intérieur du neutron bien sûr, parce que la structure de l' interaction forte ne leur permet pas d' aller bien loin sans se désintégrer (d' une façon qui n' est pas complètement comprise, d' ailleurs).

 

L' échelle à laquelle se produisent les phénomènes en QFT, dépends de l' énergie mise en oeuvre : Plus l' énergie nécéssaire à l' intéraction est élevée, plus les phénomènes sont confinés à des petites distances.

 

Les neutrinos n' ont pas ce problème de confinement (un peu comme les photons), de plus, les énergies mises en jeu étant très faibles (très petites masses, si elles sont non nulles), donc l' échelle de distance est bien plus vaste.

 

En ce qui concerne la phrase incompréhensible, si elle est confuse c' est que je ne suis pas certain d' avoir complètement compris la manip en question. Cette partie de la conf est pleine d' équations tensorielles manipulées dans tous les sens. L' idée, c' est qu' on peut passer d' une représentation qui décrit les 3 saveurs de neutrinos, à une autre qui décrit 3 particules de masse différente, par une transformation de l' équation qui ne change pas sa valeur (donc, qui est autorisée, et qui représente toujours un ensemble de neutrinos). Quand on effectue ce calcul (techniquement, c' est une diagonalisation de matrice), on constate que les 3 particules de masse différentes se propageant dans l' espace ne correspondent pas aux 3 neutrinos observés. Mais on peut décrire les 3 neutrinos observés comme étant une combinaison de ces 3 particules massives. Ce sont ces 3 'trucs' massifs que j' ai maladroitement appelé neutrinos virtuels.

 

Pas sûr que ça soit plus clair, mais c' est le mieux que je puisse faire étant donné ma compréhension du sujet

 

A+

--

Pascal.

[Morgane]

mais si c'est clair, faut pas te dévaloriser comme ça par contre les équations tensorielles et diagonalisation de matrice, je laisse tomber...

 

Message écrit par ArthurDent@22/08/2005 - 23:35

Quand je dis que les quarks font la course, c' est à l' intérieur du neutron bien sûr, parce que la structure de l' interaction forte ne leur permet pas d' aller bien loin sans se désintégrer (d' une façon qui n' est pas complètement comprise, d' ailleurs).

](texte cité)

 

se désintégrer? il me semble avoir lu dans les dernières news du cosmos (Reeves) que si on essayait (je ne sais plus si c'est théorique ou expérimental) de séparer deux quarks, l'énergie dégagée par la séparation formerait de nouveaux quarks et on se retrouverait avec deux paires de deux quarks au lieu de la paire initiale...

 

merci pour la traduction/explication du site du cern

[Elie l'Artiste]

"Je ne sais pas si le cadre théorique introduit une particule pour expliquer la transformation d' un neutrino en un autre."

 

Une chose est certaine, c'est que chacun des neutrinos (e, mu, ta) ont des intensités d'énergie différentes; donc pour qu'il y ait transformation, il faut un ajout ou une perte d'énergie; me semble-t-il. Tout comme les quarks d'ailleurs.

 

À vue de nez, lorsqu'on regarde les trois familles de particules élémentaires, on a l'impression d'une certaine évolution de l'une à l'autre. Ce qui supposerait une transformation d'une famille à l'autre, qui semblerait résulter en stabilisation de la matière avec la famille des quarks up et down, électron et neutrino électronique. Vision d'un observateur touristique évidemment.

 

si on essayait (je ne sais plus si c'est théorique ou expérimental) de séparer deux quarks, l'énergie dégagée par la séparation formerait de nouveaux quarks et on se retrouverait avec deux paires de deux quarks au lieu de la paire initiale...

 

Je crois que c'est expérimental; mais je n'en suis pas certain non plus.

 

Amicalement