vitesse supérieure à la lumière > "bang"

[inviteba90c94e]

Bonjour,
j'ai consulté récemment un ouvrage (dont je ne me souviens pas le nom évidemment...) où il était question de la détection d'une particule (le neutrino?) qui aurait une vitesse légèrement supérieure à celle de la lumière. Lors de son interaction avec une autre particule elle perdrait de la vitesse et il y aurait émission d'un "bang lumineux", à l'instar du bang supersonique lorsqu'un objet dépasse la vitesse du son.

Déjà est-ce que cette information est vraie? Si oui, quelle est cette particule?

Merci
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[invitec7c23c92]

Attention, il s'agit d'une vitesse supérieur à la vitesse de la lumière *dans le milieu*, mais qui reste bien sûr inférieure à c.

Par exemple, dans l'eau, la lumière va à 200000 km/s, et les particules qui dépassent cette vitesse de 200000 km/s émettent une lumière par effet Tcherenkov (voir wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_V...-%C4%8Cerenkov ), qui est effectivement plus ou moins analogue au boum supersonique.


Les observatoires de neutrinos sont constitués de vastes réservoirs d'eau enterrés profondément sous terre, à l'abri des rayons cosmiques, et tapissés de détecteurs de lumière. On y détecte la lumière tcherenkov produite très occasionnellement par les neutrinos qui passent.

[inviteba90c94e]

Ok! c'était donc une petite erreur de terminologie dans ma tête ^^
Merci pour cette réponse rapide et clair!

[roll]

Les observatoires de neutrinos sont constitués de vastes réservoirs d'eau enterrés profondément sous terre, à l'abri des rayons cosmiques, et tapissés de détecteurs de lumière. On y détecte la lumière tcherenkov produite très occasionnellement par les neutrinos qui passent.

Pas tout à fait celle du neutrino. L'effet Tcherenkov ne concerne que les particules chargées et le neutrino est neutre comme son nom l'indique. En fait, quand un neutrino interagit avec un nucléon il se produit un électron, un muon ou un tauon suivant la saveur du neutrino et c'est cette particule que l'on détecte.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteba90c94e]

suivant la saveur du neutrino

Il y a des saveurs de neutrino, à l'instar des quarks?

quand un neutrino interagit avec un nucléon il se produit un électron, un muon ou un tauon [...] et c'est cette particule que l'on détecte

Les détecteurs "de neutrino" détectent donc des électrons, des muons ou des tauons? Comment se fait-il qu'on parle de lumière alors?

[invitec7c23c92]

Il y a des saveurs de neutrino, à l'instar des quarks?

Il y a trois saveurs : un neutrino électronique, un neutrino muonique et un neutrino tauique.

Les détecteurs "de neutrino" détectent donc des électrons, des muons ou des tauons? Comment se fait-il qu'on parle de lumière alors?

Ce sont les particules secondaires, électrons et compagnie, qui émettent la lumière tcherenkov que l'on détecte.

[inviteba90c94e]

Ce sont les particules secondaires, électrons et compagnie, qui émettent la lumière tcherenkov que l'on détecte.

Il y a émission de lumière par "désexcitation" des éléments cités?

[obi76]

Non, par effet Tcherenkov produit par la vitesse des particules chargées générées par les produits d'interaction du neutrino avec son environnement.

[LAZAR]

Pour te donner un exemple de détection de neutrinos
En méditerranée se trouve le projet Antares,
L'idée comme dit précédemment, un neutrino venant de l'espace lointain va traversé la Terre, interagir avec, se transformer en Muon, et au niveau du détecteur créer un cône de lumière tcerenkov qu'un "cadrillage" de photomultiplicateurs va détecter.
Après informatiquement on remonte à la trajectoire du muon puis du neutrino, ça fait une sorte de télescope à neutrinos.
Enfin les instruments optiques en orbite de la terre ou autres télescopes pointent vers le lieux trouver pour regarder plus précisément la source de ces neutrinos.

[Micki2a]

Bonsoir tout le monde,

On dit dans les livres que le neutrino a une masse nulle.
Mais suite à une conférence où il y avait une partie sur le neutrino solaire, le chercheur nous avait dit que le neutrino possédait une masse mais très très très faible, qui est proche de 0.

Alors quand on parle d'un neutrino et qu'on dit qu'il a une masse nulle, c'est faux? Ou c'est un abus de language?

[inviteba90c94e]

Certes je ne suis pas expert en matière de physique des particules, mais ce qui est sûr c'est que le neutrino a une masse (de l'ordre de 10^-37kg d'après mes renseignements, à comparer au proton qui, lui, pèse aux environs de 10^-27kg).

Je pense que si l'on a longtemps cru que les neutrinos n'avaient pas de masse, c'est parce qu'ils n'interagissent quasiment pas avec la matière (ordinaire tout du moins...après on ne sait jamais^^). Par contre j'ai une question aux spécialistes : comment expliquer que cette particule n'interagit pas ou peu avec les autres particules?

[invitec7c23c92]

Elle n'a pas de charge électrique ni de charge de couleur... Exit donc l'interaction électromagnétique et l'interaction forte.

Elle ne peut donc interagir que par la gravité, qui est négligeable à l'échelle des particules, et l'interaction faible qui, comme son nom l'indique, est faible...


D'autre part, on est certain que le neutrino a une masse non nulle, depuis qu'on a mis en évidence l'oscillation des neutrinos. (L'oscillation n'est possible que s'il y a des saveurs de neutrino avec des masses différentes)

[inviteba90c94e]

Tu veux dire que la particule matérielle oscille? Ou que le neutrino peut être considéré comme une particule et une onde, à l'instar de la lumière? Ou bien encore mes questions ne sont pas justes si l'on se place à des échelles si petites?...

[invitec7c23c92]

Tu veux dire que la particule matérielle oscille?

Le neutrino oscille entre les saveurs électronique, muonique et tauique quand il avance.

Ou que le neutrino peut être considéré comme une particule et une onde, à l'instar de la lumière?

A l'instar de *toutes* les particules élémentaires.
Ou plus exactement, en théorie quantique des champs, tout est onde, ou plutôt tout est champ (et les champs sont quantifiés) ; une particule est un quantum de champ.

[disclaimer : je suis un matheux et je retranscris ce que j'ai vaguement pu comprendre, un vrai physicien me corrigera . D'ailleurs j'en profite pour présenter la façon dont je me représente les choses, comme ça on me corrigera : ]


Voilà donc comment j'expliquerais cette histoire d'oscillation :

L'état d'une particule est représentée par un vecteur normé dans un espace de Hilbert. Si cette particule est un neutrino, l'espace en question est de dimension 3. Il est doté d'une base orthonormale correspondant aux trois saveurs de neutrinos, qu'on peut noter (e,m,t).

Donc, si notre vecteur est égal à e, on verra un neutrino électronique.
S'il est égal à m, un neutrino muonique.
S'il est égal à t, un neutrino tauique.
S'il est égal à (e+m)/sqrt(2), on verra la superposition, à égalité, d'un neutrino électronique et muonique.
Etc....

Bon, mais d'où vient cette base (e,m,t) ? En fait, elle est choisie conventionnellement. On pourrait très bien prendre une autre base orthonormale (alice,bob,charlie), on aurait trois saveurs, le neutrino-alice, le neutrino-bob, le neutrino-charlie, qui correspondraient à des superpositions des saveurs usuelles.

Pour choisir une base orthonormée de saveurs de particules de façon intelligente, on peut prendre une base de valeurs propres d'un opérateur comme la masse ou la charge électrique.
( Construites ainsi, chacune des saveurs ainsi définies a une masse (ou une charge électrique) bien définie (qui ne peut prendre qu'une valeur quantique - la valeur propre correspondante). D'autre part, seuls les vecteurs propres de l'opérateur masse ont de bonnes propriétés de propagation dans l'espace. En effet, des vecteurs propres de masse différente ont des longueurs d'onde différentes, et une superposition de tels vecteurs propres aura l'air d'osciller en avançant dans l'espace. )

C'est ce qu'on a fait pour les électron, muon et tau : ce sont les valeurs propres de l'opérateur masse.
Dans l'espace de dimension 6 des quarks, on a commencé par séparer l'espace en les deux espaces propres de dimension 3 de l'opérateur charge électrique, correspondant aux valeurs propres +2/3 et -1/3. Ensuite on a choisi une base orthonormée dans chacun de ces deux espaces. Comme ça on a 3 quarks de charge bien définie +2/3, et trois quarks de charge bien définie -1/3.

Pour les neutrinos, au départ on pensait qu'ils étaient de masse nulle, comme le photon. C'était un peu par facilité, parce qu'il n'y a pas de raison théorique à ça.
Or donc, étant de masse nulle et de charge nulle, ni la masse ni la charge électrique ne peuvent nous donner de bonne base orthonormale. Le plus naturel, alors, pour avoir une base (neutrino électronique, neutrino muonique, neutrino tauique), c'est de partir de la base (électron, muon, tau) dont on dispose déjà et de prendre son image via le couplage électrofaible (là je pipote un peu, je ne connais pas le formalisme mathématique derrière tout ça).

Seulement voilà, on s'est rendu compte que les neutrinos ont une masse, faible mais non nulle. Et comme la nature est un peu tordue, la base de vecteurs propres de l'opérateur masse n'est pas égale à la base de saveurs qu'on a définie, il y a une petite rotation entre les deux (avec un angle assez grand dans le plan électron-muon, et un peu plus petit vers l'axe tau). Par conséquent, les saveurs, telles qu'on les a définies, oscillent...

[Micki2a]

Si je comprends bien le terme osciller signifie passer d'un état à un autre. Par exemple, le neutrino est électronique et paf ! Il devient muonique etc... c'est ça?

Quelle est la raison physique (et non mathématiques) qui pousse le neutrino à osciller?

Merci pour vos réponses.

[invitec7c23c92]

Si je comprends bien le terme osciller signifie passer d'un état à un autre. Par exemple, le neutrino est électronique et paf ! Il devient muonique etc... c'est ça?

Oui c'est ça.

Quelle est la raison physique (et non mathématiques) qui pousse le neutrino à osciller?

hmmm ça paraît difficile de l'expliquer sans maths...
Grosso modo, c'est comme si l'objet qu'on appelle un neutrino était une onde composée non pas d'une fréquence pure, mais de trois fréquence différentes. Elles se déphasent donc petit à petit quand l'onde avance, et le neutrino prend plusieurs aspects sur son chemin.

[inviteba90c94e]

Merci pour les explications telchar
C'est fou quand même comme la réponse à certaines questions peut amener à pleins d'autres questions...La Nature est bien compliquée ^^

[dragounet]

Grosso modo, c'est comme si l'objet qu'on appelle un neutrino était une onde composée non pas d'une fréquence pure, mais de trois fréquence différentes. Elles se déphasent donc petit à petit quand l'onde avance, et le neutrino prend plusieurs aspects sur son chemin.

Donc composé de 3 cordes de fréquence différente ?

Oui je sais je dévie sur les cordes de façon cavalière.

Si toutes les particules sont composées de 3 cordes, l’électron le serait aussi et devrait osciller.

Est-ce le cas ?

Les 3 cordes de l’électron serait chargées électriquement + 1/3, -2/3, -2/3 = -1 ce qui expliquerait la coïncidence des charges avec les quarks qui ne serait composé que d’une corde !

[invitec7c23c92]

Donc composé de 3 cordes de fréquence différente ?

Ouh la non. Bon, je n'y connais rien en théorie des cordes, à part de la vulgarisation pas sérieuse, mais selon toute probabilité ça n'a rien à voir.

l’électron le serait aussi et devrait osciller.

L'électron n'oscille pas, parce que c'est un vecteur propre de l'opérateur de masse.

Par contre, les quarks u,c,t d'une part, et d,s,b d'autre part, oscillent de la même façon que les neutrinos (les vecteurs propres de saveur et de masse ne coïncidant pas tout à fait).

Mais comme ils sont confinés et que de toute façon on ne les voit pas directement, on n'y pense pas trop..

[inviteba90c94e]

Telchar, est-ce que tu pourrais me dire par où il faut que je commence pour comprendre ce qu'est un vecteur propre?

[invitec7c23c92]

En préalable il faut connaître l'algèbre linéaire (espaces vectoriels, applications linéaires, bases, dimension...).

C'est un outil mathématique de base qui sert de langage indispensable à une quantité de choses (par exemple, qu'est ce que ça veut dire exactement, que l'espace temps est "de dimension 4"?).

Une fois qu'on a compris l'algèbre linéaire, valeurs et vecteurs propres font partie de la réduction des endomorphismes.