Trouver un neutrino

[EspritTordu]

Bonjour,

Non, non je ne compte pas de trouver un neutrino dans mon jardin ! Mais voilà une p'tite question à propos de la détection des neutrinos et particulièrement des détecteurs où les neutrinos électroniques (je crois ) rentrent en collision avec les électrons, produisant des muons qui élancés donnent des effets Tcherenkov détectables. La détection des neutrinos est d'autant plus difficile qu'ils n'interagissent pas où guère avec les champs facilement exploitables. Donc pour les détecter, aujourd'hui, seule la collision, d'une manière où une autre, est efficace, n'est-ce-pas?

C'est un peu comme utiliser un filet avec de grandes mailles pour pécher du plancton!?
(Vous me direz que vient faire là le plancton dans une discussion physique, hein? )

En continuant l'image donc, si mon filet à un mouvement rapide cyclique (imposant donc certainement une fréquence élevée, peut-être 500KHz... étant donné que la masse de l'électron est 500 000 fois plus importante que celle de la plus petite valeur du neutrino connue... ), que la source de plancton est continue et stable plutôt, ne devrait-on pas augmenter la probabilité de collision entre le filet et le plancton?


Merci d'avance.
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[invite8ef897e4]

Bonjour,

toutes les expériences en physique des particules reviennent ultimement à une "collision" élementaire. En ce qui concerne ton image... Disons simplement que ce n'est pas la faible masse du neutrino qui est responsable de la faiblesse de son interaction (par exemple, le photon, le gluon et le graviton on tous une masse nulle... et les bosons W+/- et Z0 qui interagissent faiblement ont une grande masse...). Mais je n'ai tout de maniere pas bien compris ce que tu voulais dire par "mouvement cyclique du filet" dans ce cadre...


EDIT : la détection d'une particule élémentaire implique aussi une "collision". Pour détecter un photon dans un photomultiplicateur, il faut que ce photon entre en "collision" avec un électron du détecteur.

[EspritTordu]

Oui , c'est vrai je me suis trompé dans le rapport des deux particules. J'ai pris les masses et j'aurai dû parler du rapport de leur diamètre argumenté avec leur nombre dans un volume donné pour évaluer le risque de collision massique(mécanique) j'entends, n'est-ce pas ? J'ai trouvé sur internet la valeur approximative de 10-18 m pour l'électron mais je reste sur le carreau pour la taille maximum du neutrino...

Enfin, ma question reste ouverte : si on considère le filet représentant le nuage d'électron qui vont servir à la collision, on n'aurait pas une plus grande probabilité de collision entre le filet et les particules incidentes en induisant un mouvement cyclique de haute fréquence au filet, de haut en bas , et de bas en haut sur la hauteur d'une maille?

[invite8ef897e4]

Bonjour,

ça y est, je comprends ce dont tu parles ! Tu utilises les rayon de Bohr de l'atome de l'atome d'hydrogène, calculé à partir de la charge de l'électron et de son rayon classique :
m.



m
Evidemment, tu ne peux pas faire un tel calcul avec le neutrino qui comme son nom l'indique, n'a pas de charge
Remarque, je réalise que tu cites m... je ne sais pas à quoi cela corresponds. Converti en énergie, c'est à peu près 200 GeV...

Ce n'est pas idiot du tout pour faire des évaluations à la louche d'utiliser des concepts classiques. Pour le "filet d'électron" c'est un peu délicat. Tu n'as pas de contrôle sur le flux incident de neutrinos. Ce qui compte pour toi, c'est donc la densité surfacique d'électrons dans ton filet, multipliée par la surface (donc le nombre total d'électrons qui reçoivent un flux uniforme de neutrinos, partout). Si tu fais osciller ton électron, la maille est plus grande mais du coup il y a moins d'électrons par unité de surface (ça se compense exactement). Inversement, tu pourrais très bien imaginer concentrer plein d'électrons dans une toute petite maille (ça ne changerait rien). Il me semble en tout cas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[EspritTordu]

Inversement, tu pourrais très bien imaginer concentrer plein d'électrons dans une toute petite maille (ça ne changerait rien).

Je ne comprends pas très bien : si j'augmente la densité d'atome par volume, j'augmente la probabilité de collision, non?

Dans mon esprit, la maille est de taille fixe, c'est sa position qui est changeante dans la perspective, par le truchement du déplacement, de simuler une surface.

[invite8ef897e4]

Bonjour,

Je ne comprends pas très bien : si j'augmente la densité d'atome par volume, j'augmente la probabilité de collision, non?

Je ne crois pas, parce que tu as un flux uniforme de neutrinos. Pour fixer les choses, disons que ce flux provient d'une seule direction, prenons la verticale. En ce qui concerne les électrons, disons que tu utilises une cible solide cristalline, dont la maille est donc de taille fixe a priori. Admettons encore que tu fasses osciller cette maille mécaniquement, en faisant vibrer ta cible dans le plan horizontal. Dans ce cas, tu vois qu'il ne sert à rien de déplacer ta cible, car il y a autant de neutrinos incident à droite qu'à gauche. Faire osciller mécaniquement ta cible est donc inutile. Essayons donc d'augmenter la densité d'électrons dans la cible. Pour ce faire, tu peux compresser mécaniquement ta cible, qui devient alors plus petite. Sur une unité de surface, la probabilité d'interaction avec un neutrino est plus grande, mais sur la surface totale (plus petite) rien n'a changé...

Là où tu peux essayer de gagner, c'est en compressant ta cible d'un facteur (disons) 2 dans chaque directions, et d'utiliser 4 cibles ainsi compressées, histoire d'avoir plus d'électrons par unité de surface sur la même surface totale. Finalement, ça revient à ne rien compresser du tout, et utiliser simplement 4 cibles, soit une surface 4 fois plus grandes avec la même densité surfacique.

Conclusion : si tu veux détecter des neutrinos, tu ferais mieux d'utiliser une cible aussi énorme que possible. C'est exactement ce qu'ils font, en construisant des détecteurs qui s'étendent sur des kilomètres carrés (ou cubiques), sous l'océan. Ou dans une cuve gigantesque (histoire de ne pas avoir trop de crevettes dans le détecteur pour ceux à qui la blague ne rappelerait rien, vous pouvez chercher "bioluminescence antares" sur google...)

[EspritTordu]

Dans ce cas, tu vois qu'il ne sert à rien de déplacer ta cible, car il y a autant de neutrinos incident à droite qu'à gauche.

Si on considère un flux uniforme de neutrinos à une vitesse v elevée tout autant que la vitesse cyclique de déplacemant de ma maille (qui est néanmoins supérieure légérement pour notre affaire), ne doit-on pas alors dans ce cas hypothétique avoir plus de collisions?

Si maintenant le flux de neutrinos n'est pas uniformément réparti sur la surface de collision (ce qui est plus proche de la réalité, certainement), et qu'on met en place la même expérience, je ne comprends pas pourquoi le risque de collision n'augmente pas, même peu, dans la mesure qu'on couvre, par unité de temps, une plus grande surface?

[invite8ef897e4]

Si on considère un flux uniforme de neutrinos à une vitesse v elevée tout autant que la vitesse cyclique de déplacemant de ma maille (qui est néanmoins supérieure légérement pour notre affaire), ne doit-on pas alors dans ce cas hypothétique avoir plus de collisions?

Pourquoi y aurait il plus de collisions ? Encore une fois, il y a autant de neutrinos à droite et à gauche...

Si maintenant le flux de neutrinos n'est pas uniformément réparti sur la surface de collision (ce qui est plus proche de la réalité, certainement), et qu'on met en place la même expérience, je ne comprends pas pourquoi le risque de collision n'augmente pas, même peu, dans la mesure qu'on couvre, par unité de temps, une plus grande surface?

Dans une direction donnée, le flux de neutrinos EST uniforme, indépendemment de la position de la cible (à l'appoximation EXCELLENTE où la Terre est plate comparativement à la taille du détecteur. Le fait que le flux n'est pas le même dans deux direction provient de la non platitude de la Terre, qui n'est pas négligeable pour ce problème puisque le flux de neutrinos est de "taille inifinie").

Encore une fois, tu couvres une plus grande surface certes, mais avec une densité d'électrons moindre du coup (puisque le nombre d'électrons reste constant...)

Je ne sais pas si tu es plus familier avec les éxpériences sous faisceau. Prend un faisceau quasi-ponctuel sur une cible épaisse dans les trois directions. Penses-tu que tu vas avoir plus de collisions si tu balades ton faisceau sur la cible dans un mouvement cyclique à haute fréquence ? Si tu veux approfondir ces concepts, tu devrais cherches à bien définir (avec des équations) le nombre d'évènements, qui est le produit d'une section efficace par une luminosité par un temps. Ton problème semble venir du fait que tu ne sais pas calculer une luminosité (ou alors, c'est moi qui ai tort, et qui ne sais pas calculer une luminosité... en tout cas, c'est là dessus qu'on diverge, puisqu'il est clair qu'on ne peux pas changer une section efficace en faisant osciller une cible, et que le nombre d'évènements augmente avec le temps, trivialement...).

La luminosité, dans le cas faisceau sur cible qui est similaire au nôtre ici, c'est le nombre de particules du faisceau incidentes par unité de temps multipliée par l'opacité de la cible qui s'expirme en inverse d'unité de surface. Reprenons l'hypothèse (innoffensive) selon laquelle tu ne peux pas controler le flux incident de neutrinos (nombre de neutrinos par unité de temps par unité de surface). Ce flux est uniforme dans une direction donnée (j'ai conscience que tu n'es pas d'accord avec moi là dessus, mais j'ai indiqué que cela est équivalent à "la Terre est plate" à l'échelle du détecteur...). Le flux s'exprime en unité "s" et l'opacité de ta cible s'exprime dans les unités cm. Concrètement pour la calculer, tu prends une densité en g cm multipliée par une longueur en cm et tu retrouves bien des cm. L'opacité de la cible ne dépend pas du mouvement relatif cible/faisceau...

J'ai peur de t'embrouiller avec tout ça mais j'ai du mal à croire que je me trompe. Si c'est le cas, j'aimerais bien qu'on me corrige, ou au moins que quelqu'un d'autre donne son avis !

[EspritTordu]

Oui, je ne suis pas totalement convaincu de l'uniformité du flux de neutrino à l'échelle des particules : je veux dire que si le flux est uniforme, cela suppose que la source émet de facon régulière (ce qui, à l'image de la radioactivité peut-être vraisemblable) et que durant sa course depuis la source vers notre détecteur, il n'est rien subit : ce qui pour les neutrinos, absolument pas influençable, est logique.A l'exception qu'il semble changer de nature entre temps, entre le soleil et la Terre. Alors j'ignore si ce changement est uniforme mais j'en doute...

Penses-tu que tu vas avoir plus de collisions si tu balades ton faisceau sur la cible dans un mouvement cyclique à haute fréquence ?

heu... oui si le faisceau n'est pas à la vitesse de la lumière: voilà une autre image (çà m'est plus facile pour moi) : il s'agit d'un lanceur de balle qui jette ses balles dans une surface limitée. Ici, se trouve alors la personne qui va récupérer les balles. Celle-ci n'utilise qu'une seule main. Sa main est fixe et attrape chaque balle qui lui arrive dessus. Maintenant, dans un second temps, sa main devient mobile et va deux fois plus vite que le lanceur : il aura donc le temps d'attraper deux balles au lieu d'une,non? La collision à bien doublée, n'est-ce pas?

[invite8ef897e4]

Oui, je ne suis pas totalement convaincu de l'uniformité du flux de neutrino à l'échelle des particules : je veux dire que si le flux est uniforme, cela suppose que la source émet de facon régulière (ce qui, à l'image de la radioactivité peut-être vraisemblable) et que durant sa course depuis la source vers notre détecteur, il n'est rien subit : ce qui pour les neutrinos, absolument pas influençable, est logique.A l'exception qu'il semble changer de nature entre temps, entre le soleil et la Terre. Alors j'ignore si ce changement est uniforme mais j'en doute...

Attention : j'ai dit uniforme en un point donné sur Terre et dans une direction fixée. Remarque aussi que je n'ai pas parlé de luminosité dans un collisioneur, c'est déjà suffisamment compliqué comme ça sur cible fixe, et de toute manière ne nous concerne pas ici.

heu... oui si le faisceau n'est pas à la vitesse de la lumière

ben d'accord, mais tu oublies que les neutrinos, les faisceaux d'électrons et tout ça, justement, vont à la vitesse de la lumière.

voilà une autre image (çà m'est plus facile pour moi) : il s'agit d'un lanceur de balle qui jette ses balles dans une surface limitée. Ici, se trouve alors la personne qui va récupérer les balles. Celle-ci n'utilise qu'une seule main. Sa main est fixe et attrape chaque balle qui lui arrive dessus. Maintenant, dans un second temps, sa main devient mobile et va deux fois plus vite que le lanceur : il aura donc le temps d'attraper deux balles au lieu d'une,non? La collision à bien doublée, n'est-ce pas?

alors d'accord aussi avec cette image classique. Mais elle ne s'applique pas à la détection de neutrinos. J'ai l'impression que l'on converge. En particulier, tu as raison de mentionner la vitesse de la lumière.

[EspritTordu]

Attention : j'ai dit uniforme en un point donné sur Terre et dans une direction fixée. Remarque aussi que je n'ai pas parlé de luminosité dans un collisioneur, c'est déjà suffisamment compliqué comme ça sur cible fixe, et de toute manière ne nous concerne pas ici.

J'entends bien la même chose, en un point donné, fixe suivant la source, tout comme la direction. Mais les variations de changement de nature durant le voyage sont-elles suffisamment stables pour que, lorsque je pointe mon nez, vers la source, je n'est pas une fois tel neutrinos que je peux détecter, et puis après rien car le neutrino à une autre forme?

ben d'accord, mais tu oublies que les neutrinos, les faisceaux d'électrons et tout ça, justement, vont à la vitesse de la lumière.

Et bien, il ya tout de même un chouia en moins pour les neutrinos puisqu'ils sont considérés aujourd'hui massiques...

Voici à priori tout autre chose. Si j'ai un projecteur qui allume dans un cylindre parfait de section circulaire tout aussi parfaite, et qu'entre lui et moi qui regarde l'objet, se trouve une hélice dans le plan la section. Selon vous, si la vitesse de l'hélice varie, la luminosité à mes yeux serait nulle? Ou bien très infime pour que je ne vois pas la différence?

[invite8ef897e4]

Bonjour

les variations de changement de nature durant le voyage sont-elles suffisamment stables pour que, lorsque je pointe mon nez, vers la source, je n'est pas une fois tel neutrinos que je peux détecter, et puis après rien car le neutrino à une autre forme?

Je ne suis pas assez familier avec les oscillations de neutrinos pour répondre avec certitude. L'oscillation prend la forme avec où est la distance exprimée en km, est l'énergie du neutrino exprimée en GeV et la différence de masse en eV... Je pense qu'on doit pouvoir s'arranger pour que ce soit observable effectivement, en prenant des neutrinos d'énergie suffisamment faible et en attendant suffisament longtemps (si la source et le détecteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre)

http://pdg.lbl.gov/2005/reviews/numixrpp.pdf

Et bien, il ya tout de même un chouia en moins pour les neutrinos puisqu'ils sont considérés aujourd'hui massiques...

mouais, non à toutes fins pratiques les neutrinos voyagent à la vitesse de la lumière (même si en principe c'est faux). Ce serait un peu facile sinon de prouver qu'ils ont une masse ! On l'aurait remarqué beaucoup plus tôt.

Voici à priori tout autre chose. Si j'ai un projecteur qui allume dans un cylindre parfait de section circulaire tout aussi parfaite, et qu'entre lui et moi qui regarde l'objet, se trouve une hélice dans le plan la section. Selon vous, si la vitesse de l'hélice varie, la luminosité à mes yeux serait nulle? Ou bien très infime pour que je ne vois pas la différence?

Mon avis est que peu importe la vitesse de rotation de l'hélice, comme tu l'auras deviné sans doute