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Les scientifiques de l’expérience T2K réunis à l’X pour la première fois

La communauté scientifique participant à l’expérience de physique des particules T2K se réunit pour la première fois hors du Japon du 23 au 27 juillet, dans les locaux de l’École polytechnique.

Cette réunion de collaboration, qui rassemble plus de 200 participants venant de 11 pays, a pour objectif de faire le point sur les derniers résultats de l’expérience T2K afin de se préparer au mieux pour les futures prises de données et programmes d’amélioration de l’expérience. Celle-ci vise à comprendre toutes les implications du phénomène d’oscillation des neutrinos dont la mise en évidence a valu le prix Nobel de physique 2015 au japonais Takaaki Kajita et au canadien Arthur McDonald.

L’oscillation des neutrinos décrit l’étrange capacité de ces particules élémentaires à se transformer en l’une ou l’autre des trois variétés (les physiciens parlent de « saveurs ») qu’elles peuvent revêtir : électronique, muonique ou tauique. Ainsi le Soleil, qui chaque seconde fait transiter 65 milliards de neutrinos par cm2 de notre peau, ne produit au départ, lors des réactions de fusion nucléaire grâce auxquelles il génère chaleur et lumière, que des neutrinos électroniques. Lorsqu’ils arrivent sur Terre, près de 70% d’entre eux ont pris une autre saveur, raison pour laquelle les physiciens furent longtemps confronté à l’énigme du déficit des neutrinos solaires, le nombre mesuré étant inférieur à ce que prédisait la théorie.

La mise en évidence de cette oscillation a permis de répondre par l’affirmative à la question, longtemps controversée, de savoir si les neutrinos avaient une masse : les équations de la physique quantique nous apprennent en effet que sans masse, il leur serait impossible de passer d’une saveur à l’autre.

Mais l’oscillation des neutrinos peut également ouvrir une fenêtre sur une énigme encore plus grande de la physique contemporaine : alors que les équations décrivant les premiers instants de l’Univers indiquent une production équivalente de matière et d’antimatière au moment du Big bang, force est de constater que nous vivons dans un univers très largement dominé par la matière. Qu’est devenue l’antimatière ? Se trouve-telle dans un autre coin de l’univers ? A-t-elle tout simplement disparu ?

Un des objets de T2K est donc de produire neutrinos et antineutrinos afin de voir s’ils oscillent de la même façon. Une dissymétrie d’oscillation, c’est-à-dire une violation de la symétrie entre particules et antiparticules (on parle de symétrie CP) pourrait permettre de comprendre comment la matière a pris le pas sur l’antimatière dans notre univers.

C’est pourquoi l’expérience T2K multiplie les mesures entre l’accélérateur de particules J-PARC de la ville de Tokai (le « T » de T2K) et le détecteur de neutrinos de Kamioka (le « K »), à près de 300 km de là, afin d’obtenir des résultats statistiquement significatifs.

Outre l’expertise scientifique dans l’analyse des résultats, le Laboratoire Leprince-Ringuet de l’X a fourni à l’expérience un détecteur, INGRID, proche de la source de neutrinos, et dont le but est de vérifier que le faisceau est bien émis dans la bonne direction à un milliradian près (un millimètre vu à une distance d’un mètre).

Le laboratoire a également développé un autre détecteur proche, WAGASCI, actuellement en phase de prototypage. L’objectif est de caractériser de façon détaillée la façon dont les neutrinos interagissent avec la matière, en particulier le plastique et l’eau, les deux principaux réactifs utilisés dans les détecteurs de neutrinos, afin de mieux connaître les incertitudes de mesure.