Neutrinos droits et gauches

[invité576543]

Bonjour,

Quelques questions, peut-être naïves, sur les neutrinos et les conséquences de leur masse non nulle. J'ai cherché dans les fils anciens et sur le Web, mais je n'ai pas encore trouvé grand chose. (Sur les neutrinos, plein de choses, mais pas pour mes questions..)

Dans un vieux fil j'ai trouvé:

un neutrino gauche léger et un neutrino droit très lourd (de l'ordre de 10 GeV)

Les concepts d'hélicité et de chiralité m'échappent un peu en relativiste. Si je comprends bien, l'hélicité (projection du spin sur vitesse) dépend du référentiel. Par contre la chiralité est un invariant relativiste. Est-ce correct?

Ce qu'on détermine par conservation du moment cinétique d'une réaction nucléaire, c'est la chiralité du neutrino, non?

La masse étant un invariant relativiste, elle doit dépendre de la chiralité, et non de l"hélicité. Est-ce correct?

A quoi ça sert le concept d'hélicité???

Si le neutrino est massif, il existe une certaine énergie au-delà de laquelle son hélicité change. Si cela est correct (?) quelle est cette énergie pour le neutrino électronique, avec l'encadrement actuel de sa masse?

Quelles sont les masses des neutrinos "lourds" muonique et tauique?

Le neutrino droit (toute saveur) interagit-il avec la matière usuelle? Quelle est alors la section efficace d'un neutrino droit?

Que se passe-t-il quand un neutrino droit rencontre un anti-neutrino gauche? Et un neutrino droit qui rencontre un anti-neutrino droit?

Plus généralement, les neutrinos et anti-neutrinis de toutes saveurs et chiralité interagissent-ils entre eux? Il y a au minimum l'annihilation mutuelle quand il y a symétrie CP entre les deux particules, j'imagine?

Si le neutrino droit très massif existe, il y a dû y en avoir de créés au moment où la température de l'univers était la bonne. Cela a-t-il été calculé? Et que sont-ils devenus? Autrement dit, a-t-on une idée de la densité actuelle de neutrinos droits (et d'antineutrinos gauches) fossiles? Par saveur?


C'est tout pour aujourd'hui!

Merci d'avance pour toute réponse, ne serait-ce qu'un pointeur vers de bonnes lectures répondant à ces questions!

Cordialement,
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[Seirios]

Quelques questions, peut-être naïves, sur les neutrinos et les conséquences de leur masse non nulle

Il me semblait que les neutrinos avaient une masse nul, non ?

[shamrock]

Salut

Quelle avalanche de questions !
Je peux pas répondre à toutes mais je vais faire de mon mieux.

Neutrinos dans le Modèle Standard :
Expérimentalement, on n'observe que des neutrinos d'hélicité gauche et des anti-neutrinos d'hélicité droite. Quand le Modèle Standard a été construit, on n'a donc introduit que ces deux types de neutrinos. Et comme leur masse n'était pas mesurable à l'époque, on l'a prise nulle pour simplifier

Hélicité et chiralité :
Dans le cas de neutrinos sans masse, ils se déplacent à la vitessse de la lumière et donc chiralité=hélicité de façon stricte. Avec une masse très petite, cette égalité n'est plus exacte puisque les neutrinos ne peuvent plus voyager à la vitesse de la lumière et il existe un changement de référentiel qui permet d'inverser le sens de l'impulsion (vitesse) et donc changer le signe de l'hélicité. L'hélicité n'est pas un invariant de Lorentz.

Oscillation des neutrinos :
Ce phénomène est observé dans un grand nombre d'expériences comme Super-Kamiokande, SNO, ... Ce phénomène correspond à la possibilité pour les neutrinos de changer de saveur. Un neutrino électronique peut spontanément se transformer en neutrino muonique ou tauique, revenir à la saveur initiale et ainsi de suite. Les probabilités d'oscillations sont données par la mécanique quantique :

C'est le qui est important, ce terme correspond à la différence quadratique des masses des neutrinos. Si les neutrinos ont une masse nulle il n'y a pas d'oscillation. Les expériences montrent que les neutrinos oscillent donc ils ont une masse.

Au delà du Modèle Standard :
Le Modèle Standard n'inclut pas de neutrinos massifs. Pour y remédie, on ajoute des neutrinos d'hélicité droite. On peut alors utiliser un mécanisme comme le mécanisme see-saw pour obtenir des neutrinos massifs.

Où sont les neutrinos d'hélicité droite :
S'ils existent, on doit pouvoir les observer. Ce n'est pas le cas. Il y a deux possibilités :
- le neutrino est une "particule de Majorana", antiparticule et particule sont identiques et donc le neutrino d'hélicité gauche qu'on observe est identique à l'antineutrino d'hélicité gauche et l'antineutrino d'hélicité droite observé est identique au neutrino d'hélicité droite.
- le neutrino est une "particule de Dirac", antiparticule et particule sont distinctes. Alors on considère que le neutrino d'hélicité droite (et l'antineutrino d'hélicité gauche) n'est pas détecté parce qu'il n'interagit pas avec les autres particules.

Production de neutrino d'hélicité droite :
il intervient dans de nombreuses théories. Par exemples c'est un candidat possible à la matière noire puisqu'il a une masse importante et qu'il n'interagit pas avec la matière ordinaire. Dans de telles théories, il est effectivement produit en grandes quantités dans l'Univers primordial.

Interaction avec autres particules :
Le neutrino d'hélicité droite n'interagit pas avec les autres particules à l'exception des neutrinos d'hélicité gauche. on peut avoir un phénomène d'oscillation entre ces neutrinos à cause du mécanisme see-saw (techniquement : il y a mélange des états propres d'interaction, ceux avec des hélicité bien définies gauche et droite en états propres de masse qu'on appelle neutrino actifs de petite masse et neutrino stérile de masse importante qui sont des mélanges des états propres d'interaction)

[invité576543]

Bonjour,

Moults mercis.

Doit-on comprendre de certaines des réponses que la dissymétrie de masse n'est qu'une hypothèse (si les neutrinos sont Majorana, et comme on a une borne supérieur à la masse et du neutrino et de l'antineutrino - à moins que je me trompe ? -, il n'y a pas de neutrino lourd, non?)

Interaction avec autres particules :
Le neutrino d'hélicité droite n'interagit pas avec les autres particules à l'exception des neutrinos d'hélicité gauche

Une question sur l'interaction avec les autres particules: les spectres d'énergie des interactions faibles, enfin les spectres que j'ai trouvé, ne dépassent pas 20 Mev, soit beaucoup moins que la seule indication de masse du lourd que j'ai trouvée (la citation dans le poste #1). Ne peut-on imaginer qu'il existe des interactions mettant en jeu des particules exotiques suffisamment exothermiques pour éjecter des neutrinos lourds aussi bien que des légers?

Une autre question, c'est quoi la masse d'une particule qui serait un mélange entre un neutrino lourd et un neutrino léger (j'ai cru comprendre à une allusion à une telle possibilité)?

Cordialement,

Michel

PS: Ca fait beaucoup de questions, mais des sites spécialisés sur le neutrino ne donne pas les informations données par Shamrock. Mais je n'ai peut-être pas trouvé les bons sites...

[A voir en vidéo sur Futura]

[shamrock]

Effectivement, toutes les réactions observées ne font intervenir que des neutrinos d'hélicité gauche. Mais du fait des mélanges d'états propres, il y a une probabilité non nulle pour voir une émission de neutrino d'hélicité droite. Mais je suppose que cette probabilité est très petite. Puis il ne faut pas oublier le problème de la détection des neutrinos d'hélicité droite.
Il faut rappeler que les neutrinos détectés ont déjà une section efficace ridiculement petite. Ils peuvent traverser une épaisseur d'une année-lumière de plomb sans interagir !

Pour la masse :
Un état propre d'interaction (comme le neutrino électronique) n'a pas de masse bien définie. Mais par abus de langage, on lui attribue la masse de l'état propre de masse le plus léger.
Ca se justifie par le fait que lorsqu'on exprime l'état du neutrino électronique par combinaison linéaire des neutrinos massifs, la composante la plus importante est celle du neutrino massif le plus léger.

Bon je pense pas être très clair là

Toutes ces théories sont à l'état de recherche actuellement. Il est donc très difficile de trouver des sites qui vulgarisent ces notions simplement. Si tu veux vraiment approfondir ces notions, il y a plus qu'à lire des articles scientifiques, par exemple sur http://arxiv.org/ mais la majorité s'adresse à des spécialistes.

[invité576543]

Merci encore,

Ca jette pas mal de lumière sur les petites bribes qu'on voit ça et là. Cela confirme juste mon idée que c'était un sujet "chaud", un sujet où il se passe des choses...

Cordialement,

Michel

[shamrock]

Ca je confirme.

Le domaine des neutrinos est un sujet très chaud car il permet de mettre à l'épreuve le Modèle Standard (oscillation des neutrinos, violation CP) et est la base de théories en cosmologie comme la matière noire ou encore la baryogenèse.
La baryogenèse est le phénomène dans l'Univers primordial qui fait que la matière a pris le dessus sur l'antimatière et qui explique pourquoi l'Univers actuel ne contient que de la matière.
Il existe plusieurs mécanismes de baryogenèse dont certains qui utilisent les neutrinos stériles.