Le Canadien Arthur McDonald, colauréat du Nobel de physique

Le Canadien Arthur McDonald vient de remporter le prix Nobel de physique, qu'il partage avec le Japonais Takaaki Kajita.
Photo: Fred Chartrand La Presse canadienne Le Canadien Arthur McDonald vient de remporter le prix Nobel de physique, qu'il partage avec le Japonais Takaaki Kajita.
Grâce à ses découvertes effectuées dans une ancienne mine de nickel de Sudbury en Ontario, le Canadien Arthur McDonald vient deremporter le prix Nobel de physique, qu’il partage avec le Japonais Takaaki Kajita. En menant des expériences indépendantes chacun dans son pays d’origine, les deux physiciens ont démontré que les neutrinos, particules fantomatiques qui voyagent à une vitesse approchant celle de la lumière et qui traversent la matière, y compris notre corps, sans vraiment interagir avec elle, possèdent une masse. Cette découverte est d’une grande importance compte tenu du fait que les neutrinos sont les particules les plus abondantes dans l’univers, après les photons.

Le mystère des neutrinos est d’abord apparu dans les années 1960 lorsque Raymond Davis (lauréat du Nobel de physique en 2002) détecta, dans une mine d’or du Dakota du Sud, beaucoup moins de neutrinos en provenance du Soleil que le nombre que les réactions thermonucléaires de cette étoile devraient théoriquement produire. Pour expliquer ce déficit, certains chercheurs émirent l’hypothèse que les neutrinos changeaient peut-être d’identité au cours de leur voyage entre le Soleil et la Terre. On savait à l’époque que les neutrinos se présentaient sous trois formes ou « saveurs » appelées électronique, muonique et tauique, des noms associés à la particule soeur (électron, muon et tau) avec laquelle ils sont produits.

Le premier pas vers la confirmation de cette hypothèse fut réalisé dans le Super-Kamiokande, un immense détecteur de neutrinos muoniques — neutrinos produits par les collisions entre les rayons cosmiques et les molécules de l’atmosphère terrestre — construit dans une mine de zinc au Japon. En 1998, Takaaki Kajita remarqua qu’un plus grand nombre de neutrinos provenant de l’atmosphère au-dessus de la mine frappaient le détecteur que ceux ayant dû traverser le globe terrestre avant d’atteindre le détecteur. Selon lui, cela signifiait que les neutrinos muoniques ayant eu une plus grande distance à parcourir avaient changé d’identité en cours de route.

Quelques années plus tard, dans un gigantesque bassin contenant 1000 tonnes d’eau lourde (dont les atomes d’hydrogène, appelés deutérium, contiennent un neutron en plus de leur proton) et situé à deux kilomètres sous terre dans une mine de nickel de Sudbury, Arthur McDonald détecta seulement un tiers des neutrinos électroniques censés être générés par le Soleil — qui ne produit que des neutrinos de type électronique. « Comme seuls les neutrinos solaires peuvent interagir avec le deutérium en transformant son neutron en proton, cette réaction a permis de détecter dans un premier temps le flux de neutrinos électroniques [qui était déficitaire], explique le physicien Georges Azuelos, de l’Université de Montréal. Par contre, tous les neutrinos, peu importe leur saveur, peuvent briser le deutérium en deux, et ce, avec la même probabilité. Cette dernière réaction a pour sa part permis de détecter tous les types de neutrinos. Et c’est ainsi que l’équipe de l’Observatoire de neutrinos de Sudbury [SNO] a observé que le flux total de neutrinos venant du Soleil était conservé, et que si le taux de neutrinos électroniques avait diminué, c’est que des neutrinos électroniques avaient dû se transformer en un autre type de neutrino. »

On détenait désormais la preuve que les neutrinos oscillent d’un état à l’autre. Or, selon un principe de la mécanique quantique, si une particule oscille, ou change d’état, elle doit avoir une masse. La masse des neutrinos est toutefois extrêmement faible, elle serait beaucoup moindre qu’une fraction de celle de l’électron, précise M. Azuelos. Mais les chercheurs n’ont pas encore réussi à la mesurer.

La découverte que les neutrinos ont une masse met toutefois à mal le modèle standard, une théorie qui décrit les interactions entre les particules élémentaires de la matière et qui suppose que les neutrinos n’ont pas de masse. « Le fait que les neutrinos ont une masse est probablement un signe qu’il existe une physique au-delà du modèle standard. La recherche actuelle vise à comprendre comment les neutrinos acquièrent leur masse, autrement que grâce aux bosons de Higgs comme le suggère le modèle standard », explique Jean-François Arguin, professeur au Département de physique de l’Université de Montréal.
2 commentaires
  • François Dugal - Inscrit 6 octobre 2015 07 h 50

    Droit de parole

    Monsieur le premier ministre Harper va-t-il réduire le récipiendaire au silence?

  • Daniel Gagnon - Abonné 6 octobre 2015 11 h 17

    Bouffée d'air dans le monde obscurantiste de Monsieur Harper

    Félicitations à Messieurs Arthur B. McDonald et Takaaki Kajita pour cette découverte sur la masse des neutrinos qui nous permet de mieux comprendre la matière de notre monde, qui nous permet d'avancer encore dans la connaissance des lois qui structurent notre univers physique.

    Il y a tant d'interrogations qui restent ouvertes, tant de choses fascinantes à découvrir dans l'évolution du monde depuis l'explosion fantastique du Big Bang, et depuis même avant le Big Bang!

    Et quelle humilité remarquable de la part de ces savants qui nous font avancer et progresser, ajoutant leur génie à celui de Galilée, de Newton, d’Einstein, de Hubble, de Higgs, de Planck, de Hawking!

    Cela tombe bien comme nouvelle en cette campagne électorale où il faut absolument empêcher le retour de ce gouvernement Conservateur, gouvernement destructeur dont le fanatisme n'a pas d'équivalent.

    La violence dans le refus et la dénégation de la science et du progrès de ce gouvernement obscurantiste de Monsieur Harper nous mène à l'isolement et à l’asphyxie.