La masse non-nulle du neutrino

[Seirios]

Bonjour à tous,

En lisant l'article de Wikipédia sur le neutrino, j'ai vu que le caractère non-nulle de la masse de cette particule avait été prouvée par une expérience faite au Super-Kamiokande récemment...

Je ne suis pas particulièrement les actualités scientifiques, mais je n'ai jamais entendu parlé de cette expérience...

J'aimerais donc si cette information est vraiment correcte.

Merci d'avance et désolé si la question résulte de mon ignorance dans les dernières nouvelles de la physique des particules...
Phys2
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[Karibou Blanc]

oui, c'est correct. La masse non-nulle des neutrinos (ainsi que les mélanges de types de neutrinos) sont maintenant avérés avec certitude et donne lieu au phénomène d'oscillation de neutrinos (d'un type vers un autre) au cours de leur propagation.

[Gwyddon]

Hello,

Effectivement Kamiokende a permis de montrer que les neutrinos (du moins au moins deux des trois neutrinos) sont massifs, via l'observation de l'oscillation des neutrinos.

L'oscillation des neutrinos vient du fait que les neutrinos observés ne sont pas états propres de masse, donc il y a un mélange entre au moins 2 d'entre eux.

Plus d'infos ici :


http://fr.wikipedia.org/wiki/Oscillation_du_neutrino

[deep_turtle]

il y a un mélange entre au moins 2 d'entre eux

En fait, on a même mis en évidence deux types d'oscillations, entre neutrino électronique et neutrino muonique d'une part (superK), et entre neutrino muonique et neutrino tau d'autre part (neutrinos atmosphériques).

[A voir en vidéo sur Futura]

[deep_turtle]

pouf pouf, je recommence...

SuperK permet aussi de montrer que les neutrinos atmosphériques ont oscillé, c'est pas clair dans le message précédent.

[gatsu]

pouf pouf, je recommence...

SuperK permet aussi de montrer que les neutrinos atmosphériques ont oscillé, c'est pas clair dans le message précédent.

il n'y a pas une histoire avec le flux de neutrinos provenant du soleil qui correspond aux predictions théoriques associées aux oscillations de neutrinos ?

[Magnétar]

Bonjour,

Alors voilà j'ai une petite question :

Sur le lien wiki donné par Gwyddon il est dit :

L'oscillation du neutrino est d'intérêt tant théorique qu'expérimental, puisque l'observation de ce phénomène implique la non-nullité de la masse de la particule, ce qui ne rentre pas dans le cadre du modèle standard de la physique des particules.

Donc autant j'avais appris que le neutrino avait bien une masse mais je ne savais pas que cela pouvait poser des problèmes au modèle standard.
J'ai donc vérifié rapidement dans les sources (http://www.diffusion.ens.fr/vip/tableG00.html) de l'article wiki et là je vois que le(s) neutrino couple avec le higgs (je suppose que ça lui donne une masse) et ce d'après le modèle standard.
Alors qu'en est-il ? Est-ce que le fait que le neutrino possède une masse est un problème pour le modèle standard ?

Merci.

il n'y a pas une histoire avec le flux de neutrinos provenant du soleil qui correspond aux predictions théoriques associées aux oscillations de neutrinos ?

Oui, il y a d'après ce que je sais une histoire à propos des neutrinos solaires. Il s'agit je crois de la quantité de neutrinos solaires observée sur Terre qui est bien inférieure aux prévisions, mais ce problème a été (je crois) résolu justement grâce au phénomène d'oscillation des neutrinos car les systèmes de détection des neutrinos ne détectaient que les neutrinos électronique et comme ces neutrinos avaient put osciller entre le lieu de leur émission (le soleil) et la Terre on ne retrouvait pas la quantité attendu.
Ce que je dis est bien sur à prendre avec des pincettes (vagues, très vagues souvenirs).

[Calvert]

Oui, il y a d'après ce que je sais une histoire à propos des neutrinos solaires. Il s'agit je crois de la quantité de neutrinos solaires observée sur Terre qui est bien inférieure aux prévisions, mais ce problème a été (je crois) résolu justement grâce au phénomène d'oscillation des neutrinos car les systèmes de détection des neutrinos ne détectaient que les neutrinos électronique et comme ces neutrinos avaient put osciller entre le lieu de leur émission (le soleil) et la Terre on ne retrouvait pas la quantité attendu.
Ce que je dis est bien sur à prendre avec des pincettes (vagues, très vagues souvenirs).

C'est bien cela. D'ailleurs, c'était choisir l'explicytion la plus "compliquée" que de "donner" une masse au neutrino. Le flux de neutrino dans le Soleil vient de réactions nucléaires dépendant très fortement de la température (puissance au moins 7-8, je ne sais plus de tête). Il "suffisait" donc de modifier très légèrement la température interne du Soleil pour expliquer le déficit de neutrinos observés.

[deep_turtle]

Donc autant j'avais appris que le neutrino avait bien une masse mais je ne savais pas que cela pouvait poser des problèmes au modèle standard.

C'est parce que tu es un petit jeune, et que tu as appris le modèle standard assez récemment (dans les années 1990)...

[Magnétar]

C'est parce que tu es un petit jeune, et que tu as appris le modèle standard assez récemment (dans les années 1990)...

OK merci beaucoup . Donc en fait il s'agit d'un problème qui a été réglé récemment.

[Karibou Blanc]

là je vois que le(s) neutrino couple avec le higgs (je suppose que ça lui donne une masse) et ce d'après le modèle standard.
Alors qu'en est-il ? Est-ce que le fait que le neutrino possède une masse est un problème pour le modèle standard ?

Le higgs ne couple pas au neutrino dans le modele standard car le neutrino n'a pas de chiralité droite dans ce modèle. Néanmoins cela ne suffit pas pour rendre obligatoirement le neutrino sans masse. En effet étant électriquement neutre, on pourrait tres bien écrire ce qu'on appelle un terme de masse de majorana pour les neutrinos gauches. Or ces termes de masses viole la conservation du nombre baryonique, qui est une symétrie du modèle standard, donc dans ce modèle les neutrinos sont sans masse.

Ce n'est pas un problème en soit, c'est une des nombreuses justifications qui laissent penser que le modèle standard est incomplet.

[invite64c4b5da]

Donc autant j'avais appris que le neutrino avait bien une masse mais je ne savais pas que cela pouvait poser des problèmes au modèle standard.

Cela pose reellement des problemes puisque jusqu'a present nous n'avons jamais observe que des neutrinos gauches (ceux qui peuvent interagir par interaction faible). Tant que le neutrino etait sans masse, on pensait que les neutrinos droits n'existaient pas (ce qui expliquait leur absence de masse).
Maintenant si l'on introduit une masse aux neutrinos par un couplage au Higgs, on doit alors ajouter des neutrinos droits dans le Modele Standard. Le probleme est que l'on s'attend a priori a un couplage au Higgs similaire pour les neutrinos et les leptons charges. Or on sait que la masse du neutrino << masse de l'electron.
L'autre possibilite c'est de dire que le neutrino gauche est sa propre antiparticule puisqu'il n'a pas de charge electrique et introduire un terme de masse comme cela. On parle alors de neutrino de Majorana. Pour cette seconde possibilite, on peut aussi introduire un neutrino droit de Majorana tres lourd et expliquer la petitesse de la masse du neutrino gauche en faisant intervenir une theorie type Grand Unified Theory.
Mais pour l'instant on ne sait pas encore laquelle des deux possibilites est la bonne.

[Karibou Blanc]

Or ces termes de masses viole la conservation du nombre baryonique

oups, il fallait lire nombre leptonique biensur...

[Seirios]

Et qu'en est-il de la conservation de l'énergie ? Puisque les différents neutrinos auraient des masses différentes. Où part l'énergie entre deux oscillations ?

[Jada]

Et qu'en est-il de la conservation de l'énergie ? Puisque les différents neutrinos auraient des masses différentes. Où part l'énergie entre deux oscillations ?

Lorsqu'on parle d'oscillations de neutrinos, je crois que c'est entre differentes saveurs, c'est a dire electronique, muonique ou tauique. Pour les neutrinos droits ou gauches, je ne sais pas s'il se passerait la meme chose.
A ce propos, j'aimerais bien quelques eclaircissements sur cette notion de droit ou gauche, c'est un peu (tres) flou pour moi.
Jada

[Magnétar]

Merci beaucoup pour vos réponses.

Lorsqu'on parle d'oscillations de neutrinos, je crois que c'est entre differentes saveurs, c'est a dire electronique, muonique ou tauique.

Donc ça impliquerait que les neutrinos électronique, muonique et tauique aient la même masse ou alors l'energie est "prise" autre part (vitesse de déplacement des neutrinos ???)

[Karibou Blanc]

Lorsqu'on parle d'oscillations de neutrinos, je crois que c'est entre differentes saveurs, c'est a dire electronique, muonique ou tauique.

c'est exact. Ce sont les états de saveurs qui oscillent, les états propres de masses eux sont inchangés au cours de la propagation. C'est la situation pour les neutrinos droits. Les neutrinos gauches lorsqu'ils sont introduits sont tres tres tres lourd (environ 10^16 GeV typiquement), ces derniers oscillent aussi mais ce ne sont pas les memes que ceux que l'on détecte dans les expériences d'oscillations, car on observe simplement ceux qui interagissent via interaction faible (qui n'implique que les chiralités gauches).

A ce propos, j'aimerais bien quelques eclaircissements sur cette notion de droit ou gauche, c'est un peu (tres) flou pour moi.

L'origine profonde provient de la représentation spinorielle du groupe de Lorentz. Le groupe de Lorentz est isomorphe à SU(2)xSU(2) (un SU(2) "droit" et un SU(2) "gauche", à ne surtout pas confondre avec le SU(2) de jauge !) et un fermion de Dirac est une représentation réductible qui s'écrit sous ce produit comme (1/2,1/2) ce qui signifie qu'un fermion de Dirac contient en fait deux (demi-)fermions (dits de Weyl) de chiralité différente.
Je sais c'est pas tres clair physiquement, je vais essayer de reformuler ca quand j'aurais un peu plus de temps.

Donc ça impliquerait que les neutrinos électronique, muonique et tauique aient la même masse

Ca n'a pas tellement de sens de parler de masse pour ve,vm,vt car ce ne sont pas des états propres de masses justement.

[Magnétar]

L'oscillation des neutrinos vient du fait que les neutrinos observés ne sont pas états propres de masse, donc il y a un mélange entre au moins 2 d'entre eux.

Le higgs ne couple pas au neutrino dans le modele standard car le neutrino n'a pas de chiralité droite dans ce modèle. Néanmoins cela ne suffit pas pour rendre obligatoirement le neutrino sans masse. En effet étant électriquement neutre, on pourrait tres bien écrire ce qu'on appelle un terme de masse de majorana pour les neutrinos gauches. Or ces termes de masses viole la conservation du nombre baryonique, qui est une symétrie du modèle standard, donc dans ce modèle les neutrinos sont sans masse.

Ce n'est pas un problème en soit, c'est une des nombreuses justifications qui laissent penser que le modèle standard est incomplet.

Bon alors après quelques lectures je crois un peu mieux comprendre (c'est un bien grand mot) ce que vous disiez.

Et donc en effet :

Ca n'a pas tellement de sens de parler de masse pour ve,vm,vt car ce ne sont pas des états propres de masses justement.

Je crois avoir compris et donc dans ce cas ça n'a pas de sens.

Encore merci.

[Karibou Blanc]

En effet étant électriquement neutre, on pourrait tres bien écrire ce qu'on appelle un terme de masse de majorana pour les neutrinos gauches. Or ces termes de masses viole la conservation du nombre baryonique, qui est une symétrie du modèle standard, donc dans ce modèle les neutrinos sont sans masse.

Pour etre plus exact, il n'existe aucun terme d'interaction (renormalisable, cad de dimension inférieure ou égale à 4) qui viole la conservation du nombre leptonique. Comme le modèle standard est par définition une théorie renormalisable, il n'existe dans ce modèle aucune interaction violant la conservation du nombre leptonique, et a fortiori donc il ne peut contenir de terme de masse de Majorana, ce qui ajouté à l'absence de neutrino droit permet de conclure que dans le modele standard le neutrino n'a pas de masse.

[deep_turtle]

Comme le modèle standard est par définition une théorie renormalisable, il n'existe dans ce modèle aucune interaction violant la conservation du nombre leptonique

Il me semblait que le nombre leptonique pouvait être violé dans le modèle standard, par des anomalies. ça semble confirmé par ce cours de gif.

[curieuxdenature]

Bonjour à tous

il y a une chose que je ne comprend pas avec les neutrinos, si j'ai bien suivi, l'antineutrino serait d'hélicité droite et le neutrino gauche. C'est une particule spéciale si je comprend bien, mais je ne comprend pas pourquoi on déduit de ça qu'ils sont sans masse ?
A la limite, qu'on en déduise que ce sont 2 états de la même particule, passe encore, dans ce cas, ce qu'on appelle neutrino serait un antineutrino de spin opposé mais ça ne présume pas le défaut de masse.

J'ai lu que s'ils avaient une masse on observerait les 2 hélicités, mais n'est-ce pas justement parce qu'ils sont toujours éjectés à vitesse grand V (donc toujours très proche de 'c') qu'on ne l'observe pas ? (parce que rien d'autre ne peut allez plus vite, mis à part les photons.)

Et d'un autre côté, s'ils sont sans masse, ils ne peuvent pas prétendre osciller entre les 3 modes (e, µ, t), ça me semble assez contradictoire.

De plus, si ce sont 2 états de la même particule, alors dans une désintégration de neutron, le nombre leptonique n'est pas respecté [puisque N ->P(+) & e(-) & antineutrino = B+ ->B+ & L(+) & L(-) ] ou alors on ne doit pas dire que ce sont des leptons ? (p'tet des p'tits_ons... )
Sérieusement, il faut en penser quoi ?

Merci.

[Karibou Blanc]

Il me semblait que le nombre leptonique pouvait être violé dans le modèle standard, par des anomalies

C'est exact, les nombres leptoniques et baryoniques ne sont pas conservé strictement parlant (seul B-L l'est), mais peuvent être violés par des effets non-perturbatifs, qui sont des instantons à température nulle. Or la probabilité de création de ces instantons est de l'ordre de, donc la violation du nombre leptonique est quasi-nulle dans le modèle standard, au tout cas beaucoup trop faible pour expliquer les masses des neutrinos.

[Karibou Blanc]

il y a une chose que je ne comprend pas avec les neutrinos, si j'ai bien suivi, l'antineutrino serait d'hélicité droite et le neutrino gauche.

c'est vrai pour tous les fermions, car la conjugaison de charge change l'hélicité.

mais je ne comprend pas pourquoi on déduit de ça qu'ils sont sans masse ?

ce n'est pas de ca qu'on déduit qu'ils sont sans masse. Plutot à cause de ce que j'ai expliqué dans le cadre du modele standard. Le modèle standard ne permet pas de rendre compte de la masse des neutrinos, il doit etre étendu pour cela.

J'ai lu que s'ils avaient une masse on observerait les 2 hélicités, mais n'est-ce pas justement parce qu'ils sont toujours éjectés à vitesse grand V (donc toujours très proche de 'c') qu'on ne l'observe pas ? (parce que rien d'autre ne peut allez plus vite, mis à part les photons.)

Encore une fois, un neutrino peut etre un fermion de deux natures différentes, Dirac (4 états, 2 droits et 2 gauches) ou Majorana (2 états, 2 gauches). Si les neutrinos sont de type Dirac, alors il doit existe un neutrino droit (attention ca n'a rien à voir avec un anti-neutrino droit, qui lui est juste le conjugué de charge d'un neutrino gauche). Apres il y a en général tres peu de chance de l'observé, pour deux raisons, il est tres tres tres tres lourd (10^16 GeV) et ensuite parce qu'il n'est pas chargé sous le modele standard, meme pas sous l'interaction faible (car c'est une particule droite).

Et d'un autre côté, s'ils sont sans masse, ils ne peuvent pas prétendre osciller entre les 3 modes (e, µ, t), ça me semble assez contradictoire.

Ils sont sans masses dans le modèle standard seulement, ce qui signifie que le modèle standard est incomplet si on souhaite expliquer les oscillations, ce qui le cas expérimentalement. Ce n'est pas contradictoire, ca dit juste que le modèle standard doit etre completer.

De plus, si ce sont 2 états de la même particule, alors dans une désintégration de neutron, le nombre leptonique n'est pas respecté

je ne comprends pas ce que tu veux dire, la. La désintégration du neutron est un processus associé à l'interaction faible, donc par définition le neutrino (ou l'antineutrino) émis est de chiralité gauche (ou droite), et le nombre leptonique est bien conservé puisqu'on a produit un positron en plus du neutrino.

[curieuxdenature]

Merci de ta réponse Karibou Blanc

déjà, avec la 1ere réponse je suis baba. Tous les fermions sont d'hélicité gauche et tous les antifermions d'hélicité droite !
Waou, je pensais que ce n'était que pour le neutrino.
Bigre, il y a un truc qui m'échappe avec la notion de spin, dans l'atome d'helium, p.e. les 2 electrons ne sont-ils pas dans les 2 sens ?

A moins que ça se limite aux réactions de désintégrations ?
(je suis limité au niveau temps, j'arrête donc là, je reprendrais plus tard pour le reste, merci d'avance.)

[deep_turtle]

Tous les fermions sont d'hélicité gauche et tous les antifermions d'hélicité droite !

Heu... ce n'est pas ce que Karibou Blanc a écrit...

[curieuxdenature]

Citation:
il y a une chose que je ne comprend pas avec les neutrinos, si j'ai bien suivi, l'antineutrino serait d'hélicité droite et le neutrino gauche.

c'est vrai pour tous les fermions, car la conjugaison de charge change l'hélicité.

Tous les fermions sont d'hélicité gauche et tous les antifermions d'hélicité droite !

Heu... ce n'est pas ce que Karibou Blanc a écrit...

Salut Deep_Turtle
là tu m'inquiètes, j'ai pourtant rien bu aujourd'hui, d'après la réponse de KB, je comprends que le positon doit être d'hélicité droite et l'electron d'h. Gauche.

D'ailleurs ça me tulupinais tellement que j'ai repris un vieux bouquin de ma biblio (Relativité Restreinte et structure atomique de la matière de C.Grossetete [un nom prédestiné]) et je lis textuellement (page 181) :

La famille fondamentale comprend à la fois des quarks et des leptons : trois quarks d'hélicité droite correspondant aux trois couleurs du quark "d", et deux antileptons d'hélicité droite, le positon et l'antineutrino electronique. La symétrie SU5 autorise toutes les transactions entre ces particules...

ça date de fin 1985 mais bon, ça confirme ce que je croyais comprendre de KB.

Tu peux m'en dire plus ?
merci.

[curieuxdenature]

Pour revenir au post de KB, je vais résumer parce que si j'ai du mal à saisir ça doit être le cas pour d'autres.

Théoriquement, on ne sait pas si la famille de neutrinos electronique (on va se limiter à elle, mais ça doit être valable pour les 2 autres, sous réserves...) comporte 4 membres ou 2. [KB : Dirac (4 états, 2 droits et 2 gauches) ou Majorana (2 états, 2 gauches).]

Si c'est 4, alors
le neutrino qu'on observe a une masse de, admettons 1eV, et une hélicité gauche. L'antineutrino d'hélicité gauche aurait une masse aberrante.
L'antineutrino qu'on observe aurait une masse de 1eV et une hélicité droite, le neutrino qu'on n'observe pas aurait une masse énorme et une hélicité droite.

Si c'est 2, alors
le neutrino est d'helicité gauche
l'antineutrino d'hélicité gauche.

pour Dirac, j'ai compris, mais l'autre, non.

Expérimentalement, on observe quoi ?
N'est-ce pas 2 hélicités, une droite(anti n) et une gauche (n) ?

Excusez, mais là je patauge, pourquoi garder la théorie de Majorana dans ces conditions ?
Je vais essayer de comprendre ça, j'y verrais plus clair pour le reste.
Thank you.

[Karibou Blanc]

Citation:
Posté par deep_turtle
Heu... ce n'est pas ce que Karibou Blanc a écrit...

Salut Deep_Turtle
là tu m'inquiètes, j'ai pourtant rien bu aujourd'hui, d'après la réponse de KB, je comprends que le positon doit être d'hélicité droite et l'electron d'h. Gauche.

non ce n'est pas ce que j'ai dit J'ai dit qu'à un fermion droit (gauche) était associé par conjugaison de charge un anti-fermion gauche (droit).
Un fermion peut tres bien etre droit ou gauche, mais l'anti-fermion associé aura une chiralité opposé.

Par ailleurs l'électron est un fermion de Dirac, car c'est une particule chargée électriquement, ainsi dans ce cas on n'a pas le choix les deux chiralités doivent exister (rappel un fermion de Dirac à 4 composantes, deux gauches et deux droites) car un terme de masse de Dirac est de la forme.

[Karibou Blanc]

Si c'est 4, alors
le neutrino qu'on observe a une masse de, admettons 1eV, et une hélicité gauche. L'antineutrino d'hélicité gauche aurait une masse aberrante.
L'antineutrino qu'on observe aurait une masse de 1eV et une hélicité droite, le neutrino qu'on n'observe pas aurait une masse énorme et une hélicité droite.

C'est un peu plus subtil car, le neutrino est neutre électriquement, par exemple, s'il est de type Dirac, cad s'il existe un neutrino droit, il n'y aucune raison pour que ce dernier est la meme masse que le neutrino gauche, pourquoi ? parce que pour un neutrino droit (neutre sous tout le groupe du modele standard, y compris interaction faible) on peut écrire un terme de masse de Majorana de la forme. Et ainsi le neutrino droit est beaucoup plus lourd que le gauche, dont la masse est donné par le mécanisme de seesaw.

Si c'est 2, alors
le neutrino est d'helicité gauche
l'antineutrino d'hélicité gauche.

non, comme je l'ai déjà dit plusieurs fois, si le neutrino a un hélicité gauche, alors l'anti-neutrino associé (via conjugaison de charge) a un hélicité droite.
Mais dans le cas d'un fermion de Majorana, ce sont en fait les memes champs (le fermion de Majorana est invariant sous conjugaison de charge), c'est pourquoi ce fermion n'a que 2 composantes indépendantes au lieu de 4.

Expérimentalement, on observe quoi ?
N'est-ce pas 2 hélicités, une droite(anti n) et une gauche (n) ?

c'est ca.

Excusez, mais là je patauge, pourquoi garder la théorie de Majorana dans ces conditions ?

le caractère Majorana est juste un cas particulier ou n(gauche) est égal à anti-n(droit). En outre il parait de générer des masses pour les neutrinos sans faire appel à des neutrinos droits tres lourds (meme si ces derniers sont motivé s par les modèles de grande unification GUT pour former des multiplets complets sous SO(10) par exemple).

[Seirios]

Un fermion peut tres bien etre droit ou gauche, mais l'anti-fermion associé aura une chiralité opposé.

Comme une anti-particule est, entre autre, une particule que l'on regarde dans un miroir (dans le sens où les trois coordonnées d'espace sont inversées, même si un miroir classique n'en inverse que deux), un fermion droit aura pour anti-particule un anti-fermion gauche. Ça ça me paraît logique. Mais pourquoi seulement les fermions ? Et les bosons ?