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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 11 décembre 2009

 

Neutrinos : détection des premiers événements dans l’expérience T2K

 

Le 24 novembre dernier, les physiciens de la collaboration T2K, parmi lesquels ceux de l’IN2P3/CNRS et du CEA, ont détecté les premiers événements générés par le faisceau de neutrinos issu de l’accélérateur de JPARC(1) au Japon. Cette détection marque le début de la phase opérationnelle de l’expérience T2K dédiée à l’étude de l’oscillation des neutrinos.

 

L’expérience T2K utilise un faisceau de neutrinos en provenance de l’accélérateur JPARC à Tokai sur la côte est du Japon et qui est dirigé vers le détecteur Super-Kamiokande proche de la côte ouest. Son objectif est d’étudier l’oscillation (changement de saveur) des neutrinos.
Ainsi, T2K étudiera le mécanisme d’oscillation de neutrinos muons produits à JPARC et détectés 295 kilomètres plus loin dans le détecteur Super-Kamiokande. Ce mécanisme correspond à un phénomène quantique unique, observable sur une distance de plusieurs centaines de kilomètres. Il devrait permettre d’étudier l’asymétrie entre la matière et l’antimatière durant la deuxième phase d’opération de l’expérience, prévue au-delà de 2015.

L’expérience T2K comprend essentiellement trois composantes bien distinctes : l’accélérateur de protons qui produisent les neutrinos sur une cible de carbone, un ensemble de détecteurs "proches" situés à 280 mètres du point de production des neutrinos, et le détecteur lointain Super-Kamiokande.
Le rôle des détecteurs proches est de caractériser, avant que le mécanisme d’oscillation ait lieu, le faisceau de neutrinos produits à JPARC et de réduire l’ensemble des erreurs systématiques des mesures effectuées par le détecteur lointain. Les premiers événements observés durant le mois de novembre ont été mesurés dans Ingrid, un des détecteurs proches de l’expérience. Le rôle d’Ingrid est de mesurer la direction et le profil du faisceau de neutrinos envoyé sous terre à Super-Kamiokande.
Cette détection marque le début de la phase opérationnelle du nouvel accélérateur de JPARC et de l’expérience T2K. La campagne des prochaines prises de données débutera en janvier 2010 avec des intensités bien supérieures à celles déjà obtenues. La prochaine étape importante pour T2K sera l’observation des premiers événements dans le détecteur lointain Super-Kamiokande.

La collaboration T2K regroupe 508 physiciens de 62 institutions réparties dans 12 pays comme le Japon, des pays européens ou les États-Unis. Les équipes françaises de l’IN2P3(2) et du CEA(3) ont participé à la construction des détecteurs proches. Le détecteur Ingrid a été majoritairement financé par l’IN2P3 et construit en collaboration avec l’Université de Kyoto.

 

Un peu d’histoire...

À la fin des années 60, un détecteur de neutrinos placé au fond d'une mine d'or du Dakota du Sud a mis en évidence un net déficit entre le flux de neutrinos solaires détectés et le flux prédit par les modèles solaires. Ces résultats ont été confirmés par une série d’expériences sur les neutrinos solaires, parmi lesquelles l’expérience Super-Kamiokande au Japon. Les résultats de cette expérience en 1998 (prix Nobel 2002) ont permis de conforter d’une part l’interprétation des déficits observés précédemment en termes "d'oscillation" de neutrinos et d’autre part l'hypothèse que ces particules possèdent une masse. Les nouvelles générations d’expériences d’oscillation de neutrinos visent à renforcer l’interprétation du changement de saveur des neutrinos tout en déterminant le plus précisément possible certains paramètres dans le Modèle standard de la physique des particules.

 

 

Photographie de l’installation du détecteur Ingrid au Japon. Copyright : Collaboration T2K

 

Vue schématique du détecteur Ingrid composé de 14 modules identiques. Le premier événement a été observé dans le module le plus bas. Copyright : Collaboration T2K

 

Première interaction neutrino dans Ingrid. Le neutrino arrive de droite à gauche et interagit dans un module d’Ingrid en produisant une particule chargée. Copyright : Collaboration T2K

 

 

(1) Japan Proton Accelerator Research Complex
(2) Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies - LPNHE (CNRS / Université Paris 6 Pierre et Marie Curie / Université Paris 7 Denis Diderot), Institut de physique nucléaire de Lyon - IPNL (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1), Laboratoire Leprince-Ringuet - LLR (CNRS, École Polytechnique)
(3) Institut de recherches sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) du CEA

 

Pour en savoir plus

Contact chercheur

  • Michel Gonin, Tél : 01 69 33 55 54
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