Antineutrinos

Les scientifiques s’intéressent aux antineutrinos pour des raisons à la fois pratiques et théoriques. Du côté pratique, les antineutrinos sont produits en quantités prodigieuses dans les réacteurs nucléaires, et ces antineutrinos peuvent être utilisés pour surveiller avec précision le cœur du réacteur. D’autre part, les scientifiques veulent étudier les oscillations des antineutrinos et découvrir si les neutrinos et leurs frères et sœurs d’antimatière se comportent de manière inattendue.

Un antineutrinos est le partenaire antiparticulaire du neutrino, ce qui signifie que l’antineutrinos a la même masse mais la « charge » opposée du neutrino. Bien que les neutrinos soient électromagnétiquement neutres (ils n’ont pas de charge électrique ni de moment magnétique), ils peuvent porter un autre type de charge : le nombre de leptons. Ce sont des caractéristiques déterminantes qui permettent de distinguer une particule d’une antiparticule (avec des propriétés telles que l’hélicité).

Les numéros leptoniques de famille sont attribués aux trois familles de leptons, dont on se souvient facilement par leurs saveurs. L’électron et le neutrino électronique (et leurs antiparticules) constituent un ensemble, le muon et le neutrino muonique en constituent un autre, et le tau et le neutrino tau forment le troisième. Dans la saveur de l’électron, le nombre de leptons est décrit en termes de nombre d’électrons ; les électrons et les neutrinos électroniques obtiennent la valeur 1, les positrons et les antineutrinos électroniques la valeur -1, et tous les autres leptons (associés aux muons ou aux taus) ont la valeur 0, car ils n’ont pas de saveur d’électron. La même chose se produit dans la saveur muon avec un nombre muon : les muons et les neutrinos muons ont le nombre 1, leurs antiparticules ont la valeur -1, et tout le reste a un nombre muon de 0. Appliquez le même schéma pour le tau et le neutrino tau !

Cet exemple de désintégration montre un muon se transformant en un neutrino du muon, un électron et un antineutrino de l’électron. Le nombre de leptons est conservé. Crédit : The Particle Adventure/ Lawrence Berkeley National Laboratory

Les scientifiques considèrent que le nombre total de leptons est conservé si les nombres de saveurs de leptons de la famille additionnés avant une réaction restent inchangés après une réaction. C’est une méthode pour équilibrer les équations décrivant les réactions, et c’est un bon prédicteur pour savoir si les scientifiques doivent s’attendre à ce qu’un certain processus se produise. Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas observé de violation de la conservation du nombre total de leptons : ils voient toujours le nombre et le type appropriés de neutrinos et d’antineutrinos produits par l’interaction faible. Cependant, si les neutrinos et les antineutrinos sont en fait la même particule, le nombre de leptons ne serait pas conservé. Les neutrinos n’ont peut-être pas encore révélé toute l’histoire.

Le fait que les neutrinos oscillent d’une saveur à l’autre implique que la saveur du lepton familial n’est pas conservée. Et si, par exemple, les neutrinos et les antineutrinos oscillent d’une saveur à l’autre à des vitesses différentes, cela impliquerait une violation de la symétrie dite de charge-parité (CP). Cela serait particulièrement excitant, car la violation de la symétrie CP est une condition nécessaire pour passer d’un univers « neutre » (parties égales de matière et d’antimatière) à l’univers dominé par la matière dans lequel nous vivons. Cela reste l’une des plus grandes énigmes que les physiciens des particules tentent d’élucider.