Les neutrinos pourraient expliquer pourquoi l’antimatière n’a pas explosé l’univers

Quand la matière s’est formée dans l’univers, nos théories suggèrent qu’elle s’est accompagnée par une quantité équivalente d’antimatière. Mais nous savons que c’est faux puisque si l’antimatière était en quantité égale, alors on ne serait pas là en train de l’expliquer. À un moment, la matière a pris le pas sur l’antimatière et des expériences sur les neutrinos donnent des pistes intéressantes.


Les neutrinos pourraient nous expliquer pourquoi la matière a dominé l'antimatière dans l'univers.
Super-Kamiokande: un grand détecteur de neutrinos

Les et leur contrepartie en , les antineutrinos, existent en 3 types ou saveurs, l’électron, le muon et le tau. Plusieurs expériences ont montré que les neutrinos peuvent basculer spontanément entre les 3 types avec un phénomène connu comme l’oscillation.

L’expérience T2K au Japon observe ces oscillations quand les neutrinos traversent entre l’accélérateur J-PARC à Tokai et le détecteur de neutrinos Super-Kamiokande à Kamioka qui est situé à plus de 295 kilomètres. L’expérience est menée depuis 2010, mais elle s’était arrêtée depuis plusieurs années à cause du tremblement de terre de 2011.

Une bouffée de radiation

En 2013, l’équipe a annoncé que 28 neutrinos muon (PDF), qui étaient parti du J-PARC, étaient devenus des neutrinos électron le temps qu’ils atteignent Super-Kamiokande. C’était la première preuve de la métamorphose. Ensuite, ils ont mené l’expérience avec des antineutrinos muon, pour voir s’il y avait une différence d’oscillation entre les particules ordinaires et leur contrepartie en antimatière. Une idée appelée comme la symétrie de charge-parité (CP) estime que le taux doit être le même.

La symétrie CP est la notion que les physiques ne changent pas si vous remplacez toutes les particules avec leurs antiparticules respectives. Et ça semble vrai pour toutes les interactions de particules et cela implique que l’univers a dû produire la même quantité de matière et d’antimatière dans le Big Bang.

La matière et l’antimatière s’annulent et donc, si la symétrie CP est vraie, alors les 2 auraient dû disparaitre dans une bouffée de radiation au début de l’univers avant que la matière puisse se congeler dans une structure solide. Ce n’est pas ce qui s’est passé et on ignore pourquoi. N’importe quelle déviation de la symétrie CP pourrait expliquer cette différence.

Nous savons que pour créer plus de matière que d’antimatière dans l’univers, vous avez besoin d’un processus qui viole la symétrie CP selon Patricia Vahle, qui travaille sur le NoVA, une expérience similaire au T2K qui envoie des neutrinos entre l’Illinois et le Minnesota. Donc, on doit chercher n’importe quel processus qui viole la symétrie CP.

Des changeurs de saveurs

Nous connaissons au moins une violation : Les interactions des différents types de quarks, les constituants des protons et des neutrons dans les atomes. Mais leur différence n’est pas suffisamment grande pour expliquer pourquoi la matière a dominé complètement l’univers. Les oscillations des neutrinos sont aussi prometteuses pour trouver d’autres violations.

Le lundi 4 juillet 2016 à la conférence Neutrino à Londres, nous avons vu les premiers signes de ces déviations. Hirohisa Tanaka de l’université de Toronto a rapporté les derniers résultats du T2K. Ils ont vu 32 neutrinos muon qui se transformait en saveur d’électron comparé à 4 antineutrinos muon qui sont devenus des saveurs en anti-électrons.

Donc, il y a plus de matière que d’antimatière en supposant que la symétrie CP soit vraie. Bien que le nombre de détections est faible, la différence est suffisante pour écarter la symétrie CP avec un niveau de sigma de 2. En d’autres termes, il y a seulement 5 % de chances que l’expérience T2K verrait ces différences si la symétrie CP n’était pas violée.

Les physiciens en particules attendent au moins un sigma de 3 avant de s’exciter et ils ne le considéreront pas comme une découverte avant un sigma de 5. Donc, c’était encore trop tôt pour dire que les neutrinos ont cassé la symétrie CP. Mais dans la même conférence, Vahle a présenté les derniers résultats du NoVA qui ont révélé que les 2 expériences pourraient s’accorder sur cette possibilité.

L’extension de la violation du CP se base sur un paramètre essentiel appelé Delta-CP qui va de 0 à . Les 2 équipes ont trouvé que leurs résultats s’expliquaient mieux en ayant une valeur égale à 1,5π. Leurs données préfèrent la même valeur que T2K selon Asher Kaboth, qui travaille au T2K. Toutes les préférences sur le Delta-CP pointent vers la même direction. Le NoVA prévoit de lancer sa propre expérience d’antineutrinos l’année prochaine qui permettra de renforcer les résultats. Et les 2 équipes continueront à collecter plus de données. Encore une fois, c’est trop tôt pour affirmer quoi que ce soit, mais on pourrait bientôt lever le mystère de la domination de la matière et donc, de notre propre existence dans l’univers.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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