Neutrinos du CERN aux Laboratoires INFN du Gran Sasso: OPERA, les résultats finaux sur les oscillations

Vues

Le travail publié sur la revue scientifique Physical Review Letters

La collaboration internationale de l’expérience OPERA (Projet d’oscillation avec appareillage à émulsion) a été présentée aujourd’hui lors d’un séminaire aux Laboratoires nationaux du LNS du Gran Sasso de l’Institut national de physique nucléaire INFN, et article publié dans la revue scientifique Physical Review Letters, les résultats finaux de ses années 5 d 'observation des neutrinos produites avec le projet CNGS, CERN Neutrinos to Gran Sasso, un faisceau de neutrinos à muons. CNGS il a été créé pour vérifier le phénomène de transformation des neutrinos de muons, mesurant avec le détecteur OPERA l'apparition des neutrinos tau, après leur voyage de CERN dans les laboratoires souterrains du Gran Sasso. Dans ses résultats finaux OPERA rapporte un total d'événements 10 indiquant la transformation de neutrinos de muonis en tau. Ce résultat montre directement et sans équivoque que les neutrinos muoniques oscillent dans les neutrinos tau. En fait, il existe trois types de neutrinos, muoniques, électroniques et tau: leur transformation est un processus connu sous le nom "swing", dont la découverte a reçu le prix Nobel de physique dans le 2015.

Les neutrinos de muons produits au CERN entre le 2008 et le 2012 avec le faisceau CNGS ont atteint les laboratoires INFN du Gran Sasso après avoir parcouru 730 km à travers la croûte terrestre, en millisecondes 2,4. A leur arrivée, ils ont été révélés par l'expérience OPERA, un appareil d'environ 4.000 150.000 tonnes de masse totale, composé de XNUMX XNUMX briques en plaques de plomb, avec lesquelles interagissent les neutrinos, et des émulsions nucléaires utilisées pour photographier les interactions.

La collaboration OPERA a observé le premier événement d’oscillation d’un neutrino de muon dans une tau du 2010, suivie de quatre événements révélés entre le 2012 et le 2015, lorsqu’elle a annoncé la découverte de l’apparition du neutrino tau atteint pour la première fois la signification statistique requise. 

Désormais, grâce à une nouvelle stratégie d'analyse appliquée à l'ensemble de l'échantillon de données collectées entre 2008 et 2012 ?? c'est-à-dire la période pendant laquelle le faisceau du CERN aux Laboratoires du Gran Sasso était actif ?? Un total de 10 événements candidats ont été identifiés, ce qui a encore amélioré le niveau de signification statistique de la découverte. «Nous avons analysé toutes les données avec une toute nouvelle stratégie, en tenant compte des caractéristiques uniques des événements», explique-t-il Giovanni De Lellis, responsable de la collaboration internationale OPERA, maître de conférences à l'Université de Naples Federico II. ?? Et nous rapportons également - il continue De Lellis - la première observation directe du nombre de leptons du neutrino tau, c'est-à-dire le paramètre qui discrimine les neutrinos de leur homologue antimatière, les antineutrinos ??. ??Il est très gratifiant de voir aujourd'hui que les résultats obtenus dépassent largement le niveau de signification statistique que nous avions prévu lorsque nous avons proposé l'expérience??

Le phénomène d'oscillation des neutrinos

Les trois types de neutrinos, électronique, muon et tau, existant dans la nature se distinguent par le fait qu’ils produisent, lorsqu'ils interagissent avec la matière, la leptone chargée électriquement dont ils portent le nom, à savoir l’électron, le muon ou le particule tau. L'expérience OPERA c'est le seul appareil capable de révéler les trois leptons chargés et donc les trois types de neutrinos.

Certaines expériences en fonctionnement au tournant du millénaire ont montré que les neutrinos muoniques après les longs trajets, les muons ont produit moins que prévu dans leur interaction avec les détecteurs: Cela suggère que neutrinos muoniques oscillent dans d'autres types de neutrinos. Et, comme les électrons détectés étaient compatibles avec les prédictions, les physiciens avaient supposé que les neutrinos muoniques oscillaient dans les neutrinos tau. Ce fait a été confirmé définitivement par OPERA, à travers l'observation directe de l'apparition des neutrinos tau à la distance de 730 km de la source des neutrinos muoniques. Comprendre le phénomène de l'oscillation des neutrinos permet également de faire la lumière sur certaines propriétés, telles que la masse, de ces particules encore mystérieuses.

données ouvertes

La collaboration OPERA a rendu publiques ses données à travers le CERN Open Data Portal. De cette manière, même les chercheurs qui ne font pas partie du partenariat OPERA peuvent les utiliser pour mener de nouvelles recherches. De plus, les données mises à disposition sont enrichies par des outils d'information et de visualisation qui facilitent leur interprétation et leur utilisation à des fins éducatives. Ces OPERA sont les premières données non produites au LHC et les seules interactions neutrino disponibles sur le portail Open Data du CERN, un programme lancé dans 2014.

Des neutrinos à la société

Les études sur les neutrinos tau se poursuivront car De Lellis et ses collègues ont proposé l'expérience au CERN navire, capable d'observer des milliers de neutrinos tau et ainsi d'étudier les propriétés du neutrino tau et de son anti-particule, l'anti-neutrino tau, jamais observé auparavant. Outre les études sur les neutrinos, l'héritage d'OPERA réside également dans le développement de nouvelles technologies. Les chercheurs de Naples ont développé des technologies entièrement automatisées à haute vitesse et avec une précision submicrométrique qui ont ouvert la voie à l'utilisation à grande échelle de films dits d'émulsion nucléaire pour enregistrer des traces de particules. Cette technologie trouve des applications dans un large éventail d'autres domaines scientifiques, tels que la recherche sur la matière noire. En fait, l'expérience est prévue NEWSdm dirigé par De Lellis pour la recherche sur le sujet sombre avec une approche totalement innovante capable de mesurer pour la première fois la direction d'origine galactique de ces particules, en exploitant la résolution nanométrique obtenue par ces nouvelles technologies.

Les études qui sont menées à Naples avec la technologie des émulsions nucléaires ont également un impact social car ils concernent l'optimisation des plans de traitement de l'hadronthérapie oncologique, objet d'étude dans l'expérience PIED. L'hadronthérapie est une technique de traitement innovante utilisée en oncologie qui utilise des faisceaux de particules appelées hadrons, comme les protons. Le projet FOOT, en fait, vise à caractériser le comportement des protons lorsqu'ils traversent les tissus humains afin d'optimiser leurs effets bénéfiques en thérapie.

 

 

Neutrinos du CERN aux Laboratoires INFN du Gran Sasso: OPERA, les résultats finaux sur les oscillations