Des neutrinos plus rapides que la lumière !

[Dodgson]

Bonsoir,

 

 

La mesure de la vitesse des neutrinos n'est donc pas le but principal de l'expérience mais un résultat annexe. Lorsque l'on construit ce type d'expérience relativement coûteuse on essaye d'en tirer toute la physique possible.

 

L'expérience est en effet polluée par des neutrinos "naturels", provenant du Soleil et de l'interaction des rayons cosmiques dans l'atmosphère, mais ceux-ci n'ont pas du tout la même énergie que les neutrinos du faisceau, ni la même distribution angulaire, il est donc aisé de les rejeter. De plus, les neutrinos du faisceau sont produit par "bouffées" il est donc facile de vérifier qu'ils arrivent dans le détecteur avec le bon timing. Tout ce qui sort de la fenêtre temporelle définie par le faisceau est rejeté.

 

La mesure de la vitesse a été faite en aveugle, c'est à dire que toute la procédure a été mise au point sans regarder le résultat. La mesure n'a été dévoilée aux expérimentateurs qu'a la fin. Ceci permet d'éviter des biais psychologiques, impossibles à surmonter autrement.

 

 

Dominique

 

Je suppose qu'ils ont bien mesuré la vitesse de front d'onde ?

[Dom de Savoie]

Tu aurais du commencer par là ! Donc, ne nous lâche pas, on compte sur toi pour nous éclairer A quel niveau étais-tu impliqué ? Travaillais-tu sur l'expérience quand les toutes 1ères mesures ont été réalisées ?

 

J'ai quitté la collaboration un peu avant les premiers faisceaux, mais je connais bien le dispositif expérimental.

 

Pas nécessairement, mais, si elle devient une nouvelle vitesse limite, cela ne devrait pas modifier les équations relativistes, mais en changer les résultats numériques, en attribuant une nouvelle valeur à c. Et très peu, vu que le delta entre les 2 vitesses est très faible. Me trompe-je ?

 

La relativité dit qu'il y a une vitesse limite et indépendante du référentiel dans lequel se trouve l'observateur, mais rien n'impose que ce soit celle de la lumière (du moins je crois). Par contre ce qui me gêne, c'est qu'il y a une relation entre la vitesse et la masse, or le photon est de masse nulle (vérifié avec une excellente précision) alors que le neutrino a une masse puisqu'il peut osciller entre plusieurs saveurs...

 

D'autre part, la comparaison entre le temps d'arrivé des neutrinos et des photons de la supernova 1987A a montré qu'il n'y avait pas de décalage mesurable entre la vitesse de la lumière et celle des neutrinos (en fait les neutrinos sont arrivés 3h avant les photons, mais c'est dû à la physique de l'explosion de la supernova, pas à une différence de vitesse). Cela voudrait donc dire que si l'effet observé par Opera est réel, la vitesse des neutrinos dépend de leur énergie (les neutrinos de 1987A ont une faible énergie - quelques dizaines de MeV - alors que les neutrinos d'Opera sont énergétiques - quelques dizaines de GeV). Une autre possibilité serait qu'il y ait un effet dû à la matière puisque les neutrinos d'Opera traversent la croûte terrestre.

 

Bref tout ça est bien bizarre, et je ne pense pas que l'on s'en tire en changeant simplement la vitesse limite dans les équations de la relativité.

 

Dominique

[Dom de Savoie]

Je suppose qu'ils ont bien mesuré la vitesse de front d'onde ?

 

Il n'y a pas de front d'onde, les neutrinos sont détectés individuellement et étiquetés avec un temps d'arrivé.

 

Là où ça se complique c'est qu'on ne connait pas le temps exact d'émission du neutrino au CERN - le neutrino détecté peut-être n'importe lequel dans une "bouffée" qui dure 10.5 microsecondes. Il faut donc faire un traitement statistique pour déterminer le temps de propagation des neutrinos. En d'autres terme on ne mesure pas la vitesse des neutrinos individuels, mais on reconstitue un temps moyen sur l'ensemble des neutrinos détectés en prenant en compte la structure temporelle des "bouffées" du faisceau.

 

J'espère que ces explications sont à peu près claires...

[Wincy]

Bonjour,

 

Je m’incruste ici mais j'ai un "truc" intéressant. Je suis étudiant a l'université François rabelais de tours et par hasard jeudi une conférence de physique est organisé depuis un moment.

 

La personne travaille à Genéve au CERN, à l'accélérateur de particules et ferait partie du projet travaillant sur ces neutrinos.

A mon avis je vais pouvoir en apprendre beaucoup et à mon avis la discussion va dévier vers l'actualité

[Poussin38]

Là où ça se complique c'est qu'on ne connait pas le temps exact d'émission du neutrino au CERN - le neutrino détecté peut-être n'importe lequel dans une "bouffée" qui dure 10.5 microsecondes. Il faut donc faire un traitement statistique pour déterminer le temps de propagation des neutrinos. En d'autres terme on ne mesure pas la vitesse des neutrinos individuels, mais on reconstitue un temps moyen sur l'ensemble des neutrinos détectés en prenant en compte la structure temporelle des "bouffées" du faisceau.

Merci de cet éclairage, je ne voyais pas d'où venais la qualification 6 sigma citée dans la publication.

De ce que j'en applique au boulot ça indique que le traitement statistique est quasi certain du résultat (à 3,4.10^-6 près), dans l'industrie et les services, beaucoup en rêvent

 

J'espère que ces explications sont à peu près claires...

En tout cas c'est limpide, merci

[quetzalcoatl]

Bonsoir,

...

En tout cas c'est passionnant.

 

Dominique

 

Et la "limpidité" de tes explications ne nuit à leur bon éclairage.

Merci beaucoup.

[iksarfighter]

Merci pour les explications compréhensibles pour un débutant (c'est rare !).

Une question : Avant l'expérience, quelle était la vitesse admise ou supposée pour un neutrino ? Était-ce c ?

Cette vitesse était-elle aussi supposée fixe ?

Modifié 24 septembre 2011 par iksarfighter

[Dodgson]

Il n'y a pas de front d'onde, les neutrinos sont détectés individuellement et étiquetés avec un temps d'arrivé.

 

Là où ça se complique c'est qu'on ne connait pas le temps exact d'émission du neutrino au CERN - le neutrino détecté peut-être n'importe lequel dans une "bouffée" qui dure 10.5 microsecondes. Il faut donc faire un traitement statistique pour déterminer le temps de propagation des neutrinos. En d'autres terme on ne mesure pas la vitesse des neutrinos individuels, mais on reconstitue un temps moyen sur l'ensemble des neutrinos détectés en prenant en compte la structure temporelle des "bouffées" du faisceau.

 

J'espère que ces explications sont à peu près claires...

 

Donc, sauf erreur de ma part, on utilise un modèle et/ou des simulations qui donnent une vitesse moyenne. Cette vitesse, probablement, ne correspond pas à une vitesse de phase, mais à une vitesse de groupe ou à une vitesse de front d'onde. Si on veut faire une comparaison valable avec le cas de la vitesse de la lumière, il faudrait que ce soit une vitesse de front d'onde (la vitesse c de la RR est la vitesse de front d'onde). D'où ma question.

[jgricourt]

Une autre possibilité serait qu'il y ait un effet dû à la matière puisque les neutrinos d'Opera traversent la croûte terrestre

 

Oui c'est ce que j'avais évoqué dans un post précédent, je crois bien que la clé du problème réside en grande partie dans la compréhension du rôle de ce facteur dans le résultat obtenu. Honnêtement j'espère que ce n'est pas un coup d'épée dans l'eau et qu'il y aura dans les années à venir une reformulation de la physique moderne d'où peut être, découlera de nouvelles voies pour aborder certains mystères de la physique encore non résolus.

 

Sinon merci Dominique pour tes éclairages sur les aspects techniques de ce projet Opera qui restera peut être dans les annales de la physique

[Dom de Savoie]

@Poussin38 :En effet 6 sigma signifie que l'effet observé est très solide par rapport à l'estimation des incertitudes de mesure. Par contre il peut y avoir une erreur dans la détermination de l'une de ces incertitudes, ou un effet systématique non pris en compte. C'est pour cela qu'Opera a présenté ses résultats à la communauté scientifique, il est possible que quelqu'un ait une idée lumineuse (!) et pense à un effet qui n'a pas été pris en compte. Ça a d'ailleurs été la teneur de l'essentiel des discussions à la fin du séminaire au CERN: "Avez vous tenu compte de la position de la Lune ?", "Avez vous pris en compte la rotation de la Terre ? , etc.

 

Il faut en effet se rappeler que dans les annése 90 le CERN observait un effet bizarre sur l'énergie de l'accélérateur LEP qui s'est révélé être dû à la modification de la géométrie de l'accélérateur par effet de marée ! Un autre effet systématique était lié à l'appel du courant du TGV sur la ligne Genève - Bourg en Bresse... Il y a parfois des choses très inattendues qui peuvent avoir des conséquences étonnantes. D'où la prudence.

 

@iksarfighter :La vitesse du neutrino est supposé être c moins un pouillème dû à la masse du neutrino qui est inconnue mais très faible. En toute rigueur il y a également une dépendance de la vitesse en fonction de l'énergie, encore une fois en raison de la masse du neutrino, mais c'est minuscule.

 

@Dogson : Quand tu parles de front d'onde, tu as en tête une onde électromagnétique. Avec les neutrinos, pas d'électromagnétisme, mais des interactions faibles. La vitesse ici est la vitesse des corpuscules. Les neutrinos sont détectés un par un.

 

@jgricourt : Moi aussi j'espère que la mesure correspond bien à une nouvelle physique et pas à un effet à la noix. Ce serait vraiment génial.

 

Mais il va falloir être patient, attendre les résultats de MINOS aux US ou de T2K au Japon (bien que la distance soit un peu courte). Je pense aussi que beaucoup de gens brillants vont se creuser les méninges pour remettre en cause la mesure... c'est comme ça que la science avance...

 

En tout cas, ce qui fait super plaisir, c'est de voir à quel point cela intéresse les gens (pas seulement sur ce forum). Comme quoi la recherche fondamentale fait encore rêver.

 

Dominique

[julon2000]

Merci de cet éclairage, je ne voyais pas d'où venais la qualification 6 sigma citée dans la publication.

De ce que j'en applique au boulot ça indique que le traitement statistique est quasi certain du résultat (à 3,4.10^-6 près), dans l'industrie et les services, beaucoup en rêvent

 

Ces 6 sigma sont une mesure de l'indice de confiance de résultats statistiques, et rend compte grosso modo de la probabilité que le résultat soit dû au hasard: dans le cas présent, effectivement 6 sigma signifie un gros indice de confiance, la valeur que tu as donnée étant correcte.

 

Les physiciens des particules ont pour habitude d'utiliser cette notion de n sigma; je ne savais pas qu'elle était utilisée également dans l'industrie. Les statisticiens lui préfèrent la notion de p valeur. Plus d'infos ici: http://en.wikipedia.org/wiki/Statistical_significance

 

Edit: grillé

[salviati]

Merci de cet éclairage, je ne voyais pas d'où venais la qualification 6 sigma citée dans la publication.

De ce que j'en applique au boulot ça indique que le traitement statistique est quasi certain du résultat (à 3,4.10^-6 près), dans l'industrie et les services, beaucoup en rêvent

 

Moi aussi qui suis dans l'industrie auto, nous appliquons ce traitement statistique à la gestion des dispersions dimensionnelles des pièces que nous concevons

 

Par contre, j'étais amusé de voir ceci inscrit sur les slides de la conférence, mais pas tellement surpris, car les expériences qui ont lieu dans les accélérateurs comprenant un grand nombre d’événements, un traitement statistique s'impose, mais c'est vrai que voir affiché la même méthode statistique qu'au boulot m'a amusé.

Modifié 24 septembre 2011 par salviati

[Dodgson]

 

@Dogson : Quand tu parles de front d'onde, tu as en tête une onde électromagnétique. Avec les neutrinos, pas d'électromagnétisme, mais des interactions faibles. La vitesse ici est la vitesse des corpuscules. Les neutrinos sont détectés un par un.

 

 

Dominique

 

Pas vraiment. J'ai en tête le c de la relativité restreinte (vitesse maximum de transmission de l'information).

[iksarfighter]

Moi j'ose plus dire de bêtises...

 

Content en tout cas que ça bouge un peu en Physique, et si au final il s'avérait que l'expérience était biaisée, bah au moins on aura passé un bon moment

 

Chapeau en tout cas au CERN et content aussi que ce soit la vieille Europe, berceau de la RR, de la RG et de la MQ et de tant d'autres choses aussi qui fasse encore parler d'elle.

[Poussin38]

Ces 6 sigma sont une mesure de l'indice de confiance de résultats statistiques, et rend compte grosso modo de la probabilité que le résultat soit dû au hasard: dans le cas présent, effectivement 6 sigma signifie un gros indice de confiance, la valeur que tu as donnée étant correcte.

 

Les physiciens des particules ont pour habitude d'utiliser cette notion de n sigma; je ne savais pas qu'elle était utilisée également dans l'industrie. Les statisticiens lui préfèrent la notion de p valeur. Plus d'infos ici: http://en.wikipedia.org/wiki/Statistical_significance

 

Edit: grillé

ben en industrie (ou services, les concepts lean 6 sigma peuvent s'appliquer partout) on utilise cette mesure de dispersion pour vérifier que les productions rentrent bien dans les spécifications, on compare ainsi la dispersion des résultats aux marges de tolérance en en faisant le rapport (marge de tolérance = nombre d'écarts types), qui donne un équivalent d'un taux de défauts (cf exemple de salviati). Ainsi, une production qui a une distribution de 6 sigma dans les marges de tolérances génère 3 défauts par million d'opportunité, ce qui est très peu et nécessite des méthodes spécifiques pour les garantir.

 

Les bases statistiques sont juste les mêmes (on utilise aussi la pvalue pour vérifier les tests d'inférence).

 

Pour résumé, "si j'ai bien tout compris", ils ont modélisé le vol des neutrinos en tenant compte d'un maximum de facteurs, en ont déduit la célérité et constaté qu'elle différait de quelques dizaines de millionièmes.

 

Ce qui me surprend est la modélisation linéaire du rapport à c : le rapport dit bien (v-c)/c = δt /(TOF’c - δt) = (2.48 ± 0.28 (stat.) ± 0.30 (sys.)) ×10-5.

 

Comment savent ils que ce rapport est linéaire (pourquoi pas de second ordre type formule relativiste des vitesses), est-ce parce qu'ils ont mesuré ces effets dans la partie "biais systématique" (évalués table 2 mais qui ne me semble que des biais liés à la mesure, pas au modèle)?

Modifié 25 septembre 2011 par Poussin38

[Jean-ClaudeP]

mais c'est vrai que voir affiché la même méthode statistique qu'au boulot m'a amusé.

 

Les bases statistiques sont juste les mêmes (on utilise aussi la pvalue pour vérifier les tests d'inférence).

 

Quand je dis à mes élèves que les mathématiquess sont universelles et s'appliquent à tout, il me croient poliment, mais je sais bien qu'en leur for intérieur ce n'est pas le cas. Eh bien, vous, vous venez de le découvrir, c'est magnifique.

[Dom de Savoie]

Moi j'ose plus dire de bêtises...

 

Content en tout cas que ça bouge un peu en Physique, et si au final il s'avérait que l'expérience était biaisée, bah au moins on aura passé un bon moment

 

Chapeau en tout cas au CERN et content aussi que ce soit la vieille Europe, berceau de la RR, de la RG et de la MQ et de tant d'autres choses aussi qui fasse encore parler d'elle.

 

Il ya aussi une forte contribution japonaise dans Opera, en particulier avec l'Université de Nagoya. Ce sont les Japonais qui ont fourni les millions d'émulsions photographiques utilisés comme détecteur de traces chargées.

 

Si l'appareillage vous intéresse vous pouvez jeter un oeil à la présentation de soutenance de thèse suivante : http://inoukshuk.free.fr./OPERA/soutenance.ppt c'est tout bien expliqué et en plus, c'est la fille d'un astronome amateur !

[salviati]

Quand je dis à mes élèves que les mathématiquess sont universelles et s'appliquent à tout, il me croient poliment, mais je sais bien qu'en leur for intérieur ce n'est pas le cas. Eh bien, vous, vous venez de le découvrir, c'est magnifique.

 

Pendant mes études, je pensais comme tes élèves ; depuis, j'ai changé, alors de désespère pas, un jour ils se souviendront de ce que tu leur as dit

[salviati]

Quand je dis à mes élèves que les mathématiquess sont universelles et s'appliquent à tout, il me croient poliment, mais je sais bien qu'en leur for intérieur ce n'est pas le cas. Eh bien, vous, vous venez de le découvrir, c'est magnifique.

 

On ne vient pas de le découvrir, j'ai 39ans quand même

 

Mais ne désespère pas, moi aussi j'étais dans leur cas, et un jour, dans longtemps, ils se souviendront surement de ce que tu leur as dit

[Jean-ClaudeP]

On ne vient pas de le découvrir, j'ai 39ans quand même

bien sûr, je plaisantais

[Jean-ClaudeP]

Un petit tour sur le Blog ResonAAnce qui est un blog de physiciens des particules parisiens et qui ne manque pas d'humour, en particulier ici la comparaison entre les neutrinos qui vont plus vite que la lumière et les trains qui suivent le même chemin en arrivant toujours en retard...

 

RésonAAnce

[julon2000]

 

Ce qui me surprend est la modélisation linéaire du rapport à c : le rapport dit bien (v-c)/c = δt /(TOF’c - δt) = (2.48 ± 0.28 (stat.) ± 0.30 (sys.)) ×10-5.

 

Comment savent ils que ce rapport est linéaire (pourquoi pas de second ordre type formule relativiste des vitesses), est-ce parce qu'ils ont mesuré ces effets dans la partie "biais systématique" (évalués table 2 mais qui ne me semble que des biais liés à la mesure, pas au modèle)?

 

La vitesse des neutrinos et des photons étant a priori constante, ça vient bêtement de vitesse=distance/temps.

[Poussin38]

La vitesse des neutrinos et des photons étant a priori constante, ça vient bêtement de vitesse=distance/temps.

 

La mesure effectuée est une mesure de temps de vol en référence à un temps de vol d'un photon entre 2 points.

 

Pour être plus précis, la référence à la distance n'est pas précisée : est-ce une mesure "à la règle" ou bien des facteurs relativistes dus à la gravitation ont-ils été intégrés (avec un postulat que ces effets seraient les mêmes pour les 2 particules, on sait que la gravitation dévie les photons mais qu'en est-il des neutrinos)?

 

Supposons un trajet de photon dévié par la gravitation du soleil qui décrirait un arc de cercle, le neutrino allant tout droit irait naturellement plus vite non ?

Modifié 26 septembre 2011 par Poussin38

[apricot]

ben en industrie (ou services, les concepts lean 6 sigma peuvent s'appliquer partout) [...]

Pour info, en sciences bio/médicales, ont utilise pas ça, on parle avec des p !

[Poussin38]

Pour info, en sciences bio/médicales, ont utilise pas ça, on parle avec des p !

moi aussi j'utilise des "p" pour mesurer le risque "alpha" d'avoir une inférence H0 fausse (p<5%).

[iksarfighter]

Supposons un trajet de photon dévié par la gravitation du soleil qui décrirait un arc de cercle, le neutrino allant tout droit irait naturellement plus vite non ?

C'est ce qu'est-ce que j'ai dit au début

Sauf que j'ai parlé de la Terre et non du Soleil.

[Poussin38]

Autres compléments du physicien à la tête de l'expérimentation : http://www.journaldelascience.fr/physique/interviews/dario-autiero-nous-avons-travaille-en-aveugle-pendant-2-ans-pour-ne-pas-etre-influences-par-le-resul-2286

[Jean-ClaudeP]

on sait que la gravitation dévie les photons mais qu'en est-il des neutrinos

il semble reconnu par les scientifiques que les 3 types connus de neutrinos (electroniques, muoniques et tau) aient des masses néanmoins assez faibles. On n'en connait actuellement que des majorants. Ils sont donc vraisemblablement déviés par le soleil.

['Bruno]

De toute façon, masse ou pas, tout est dévié par le Soleil.

[iksarfighter]

De toute façon' date=' masse ou pas, [u']tout[/u] est dévié par le Soleil.

De la même façon et avec le même courbure quelle que soit la masse ?

(Juste pour préciser cette courbure de l'espace-temps que je connais très mal).