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LES NEUTRINOS

LES NEUTRINOS. Jean Favier LAPP Université de Savoie IN2P3,CNRS. Photo Dussert. Neutrinos?.

elmo-rodriguez
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LES NEUTRINOS

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  1. LESNEUTRINOS Jean Favier LAPP Université de Savoie IN2P3,CNRS « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr Photo Dussert

  2. Neutrinos? • Nous baignons dans une nuée de particules, beaucoup plus nombreuses que toutes les autres : pour 1 électron, l’univers contient mille milliards deneutrinos, particules sans charge électrique intéragissant d’une facon incroyablement faible avec la matière (expériences très difficiles) • Ces fantômes peuvent traverser 100.000.000 terres alignées sans intéractions • Nous sommes traversés chaque seconde par 100.000.000.000.000 neutrinos provenant du soleil QUELLE MASSE ONT-ILS ? « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  3. + He + 4 Po Tl 210 206 Naissance du neutrino les Radioactivités • Radioactivité a + 5.3 MeV • Radioactivité g DE E + « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  4. Radioactivitéb : A B + e • Noyau A Noyau B + électron • Quelque chose doit s’échapper pour conserver l’énergie et l’impulsion • C’est le « petit neutre » (Pauli,1930) • Noyau A Noyau B + e + neutrino E max Energie de l’electron « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  5. « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  6. Plongeons dans la matière… 10microns 0.1 micron 100 microns 0.00000001 0.001 0.0001 micron micron micron « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  7. Un atome ?m electron=1/1000000000000000000000000000000 kg familleleptons quarks plumee- 1e d14   u 6 mi-lourd - 200 s 220 c 2600 lourd- 3500  b 8400 t 340000 Proton:uud2000Neutron:udd « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  8. Les Forces • Electro-magnétique  =le photonm=0 • Forte  =le gluonm=0 • Faible  =les W±,Z0m=160000 e p1  p2 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  9. Fiche signalétique du n • C’est une particule élémentaire (non divisible) • Charge électrique 0 • Masse : nulle ,petite ???) • Spin ½ (fermion) • Interaction: seule une très faible interaction • Stabilité : semble stable, mais … « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  10. 3 familles: e+p e++ n + ….( 1951-56) Reines et Cowan +p ++ n + … ( 1962) Lederman, Scwartz, Steinberger +p ++ n + ….( 2000) experience DONUT • 4 ou plus ? LEP a dit 3 • Pourquoi 3 familles???? Peut-être la seule solution pour aboutir du Big-Bang à un monde de matière stable, débarrassé de l’anti-matière ??? • Pourquoi des masses aussi petites pour les neutrinos?? origine des masses et de leur diversité: le grand chantier en cours! « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  11. Intéraction faible? Le boson d ’échange est très lourd :x 80 masse du proton portée de la force très petite probabilité de passer «  à portée » très faible Lespeuvent voyager dans la matière tout droit: …. 10.000.000 terres alignées sans les voir !! Sur terre nous recevons en eux des messagersvenant en ligne droite des galaxies : astronomie neutrino? « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  12. Sources Naturelles • Le Soleil: 1011 /cm2.sec Fusion: p+p+p+p 4He+e++e++e+e • La Terre: 107 /cm2.sec ( Radioactivité ) • Rayons cosmiques +atmosphère: 1. /cm2.sec • Les Super-Novae: SN1987: 1059 • Le Ciel profond • Les « fossiles » :100. /cm3 1 sec après le Big-Bang … « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  13. Peut-on en fabriquer nous-mêmes? • Réacteurs nucléaires5. 1020/sec Radioactivité (0 à 10 MeV) ici: 1 million/ cm2 (Bugey) • Bombes à hydrogène: 1028/sec ...pendant quelques millisecondes:mais utilisation délicate! • Futur faisceauCNGS du CERN ...20000/m2.sec près de Rome(0 à 40 GeV) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  14. Comment détecter les neutrinos • Les réactions de détection ex: e+pn+e+ • Flux de neutrinos le plus grand possible • Masse du détecteur la plus grande possible • Prise de données la plus longue possible • Se protéger des cosmiques et des gammas EXPERIENCES TRES DIFFICILES « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  15. Un détecteur à basse énergie • Source: un réacteur • Réaction de détection: +p e++ n • Milieu cible: liquide scintillant La lumière produite mesure l’énergie déposée par le positron et le neutron; on la collecte et mesure par des photo-multiplicateurs • Protection contre les cosmiques et la radioactivité (intérieure et extérieure) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  16. g 2 4 …etc….12 1 e- 3 1 Le photomultiplicateur (P.M.) 2000 volts (bleu) 10.000.000 e- Permet la détection d’un seul photon ! « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  17. Bugey • Expérience du Bugey (France, 1996) un module= 600 litres de liquide scintillant + 196 photo-multiplicateurs 15 et 40 m de distance d ’un réacteur, sous 2 a 5 m de béton  : 50 évènements /heure a 15m c’est moi! « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  18. Kamland • Expérience de Kamland (Japon, 2003) 1000 tonnes de scintillateur + 2000 p.m 180 Km de distance des réacteurs, sous 1000 m de roches 100 bons évènements en 140 jours 13 m « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  19. L ’effet Čerenkov et l ’eau • Une particule chargée traverse la matière en excitant sur son passage les atomes. Si la vitesse de cette particule dans le milieu est supérieure à celle de la lumière, alors la lumière de désexcitation est cohérente • L ’EAU PURE a une longueur de transparence de 60 m dans le bleu • Unélectrond’énergie supérieure a 0.6 MeV, ou unmuonsupérieure a 120 MeV vont émettre de la lumière en traversant l ’eau: il suffit de détecter cette lumière par des p.m pour réaliser un DÉTECTEUR à NEUTRINO. • Un tel détecteur peut mesurer l’énergie et la direction de la particule qui produit la lumière bleue « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  20. truc (Trans J.J Gomez Uni. Valencia ,Sp) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  21. Super-Kamiokande • 50000 tonnes • 11147 p.m • 1000 m • 10000  atmosphériques • 10 millions  solaires « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  22. truc « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  23. Le soleil vu a travers la terre… « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  24. Mer et ....Antarès « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  25. .... GlaceAmanda Ice Cube « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  26. Peut-on mesurer directement la masse du neutrino? Spectre d’énergie de l’électron • Spectre  du tritium 3H • 3H 3He + (e- + e=18.6 KeV) masse e< masse e- / 255.000(2 eV) E max= 18.6 KeV (Me=0) Masse=Me « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  27. Les neutrinos disparaissent ! • On sait calculer d’une facon précise le flux de e solaires (modèle du soleil) L’expérience de Davies : flux = 30 % du flux attendu !! • Désintégration?NON! • Autre phénomène? • Déclenchement de plein d’expériences ! e +37Cl 37Ar+e- 600 tonnes de C2Cl4 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  28. Oscillations ! • La Mécanique Quantique permet d’étranges phénomènes (pas intuitifs du tout) : nos trois neutrinos sont en fait trois aspects différents d’un même objet. Lors de son vol, il peut changer progressivement d’aspect, et ce, d’une manière répétitive, oscillatoire. ( schizophrènie du neutrino) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  29. pour 2 familles…. Papparition = Asin2[ a(m2-m2)L/E ] Pdisparition=1. - Papparition Flux  apparition Pour E= 1 GeV m2-m2 = 0.1 eV2 et A=1 km Flux  disparition km « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  30. SNO e+d e-+ p + p (CC)  +d  + p + n (NC) • SNO mesure le flux des e du soleil • SNO mesure aussi le flux total des 3 familles. e e++ • 1000 tonnes d’eau lourde D2O • 5300 tonnes d’eau ordinaire • 9500 p.m. • 2000 m sous terre 0.3 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  31. Super-Kamiokande (JJ.Gomez Uni Valencia,Sp) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  32. Super Kamiokande • S.K a mesuré une disparition des qui dépend de leur énergie et de leur distance d’origine; les e ont eux une intensité normale • Tout est compatible avec une oscillation - telle que M2-M2= 2 10-3 eV2 et A =1 S.K terre air « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  33. En résumé…Me<2 eV et • Les neutrinos semblent avoir une masse très faible mais non nulle • Le phénomène d’oscillation semble exister et permet d’accéder à des différences de masse très faibles • Schéma préfèré:   M2 = 2 10-3 eV2 A=1  e m2=10-4 eV2 A=0.3 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  34. Historique • 1913 Chadwick spectre continu Nobel 1934 • 1930 Pauli hypothèse du neutrinoNobel 1945 • 1951-56 Reines et Cowan e (réacteur ) Nobel 1995 • 1962 Lederman,Schwartz,Steinberger Nobel 1988 • 2002 “ DONUT” Fermilab :  • 1970-2000 Davis : disparition e Nobel 2002 • 1980-2001 Koshiba : disparition  Nobel 2002 • 2001-2 SNO disparition e etflux total OK « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  35. Programme proche et futur • Mettre en évidence l’apparition: (du  OPERA, ICARUS) • Préciser les différences de masse (MINOS) • Préciser les probabilités de transition OPERA, ICARUS, MINOS • Valeurs absolues des masses • Moyens: super-faisceaux, détecteurs géants, 2- ( utiliser des sources de spectre bien connu) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  36. OPERA (2006) • Mise en evidence de  dans un faisceau de  « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

  37. A faire en plus • Finir sur masse totale des nu et cosmologie(recontraction,etc) • Parler Frejus+CERN • Proton decay • Faire un lien pour l’expose entre les sujets « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp.in2p3.fr

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