Faisceau de neutrinos à travers tout le Japon

La High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) et la Japan Atomic Energy Agency (JAEA) ont annoncé le 23 avril 2009 qu’elles avaient produit pour la première fois un faisceau de neutrinos destiné à leur expérience «Tokai to Kamioka» (T2K). Cette expérience vise à mesurer avec précision la transformation des neutrinos et de mieux la comprendre. Pour Takashi Kobayashi, porte-parole de l’expérience et professeur auprès de la KEK, cette journée marque le lancement de nouvelles recherches sur l’oscillation du neutrino.

Oscillation du neutrino

Les neutrinos sont des particules électriquement neutres qui n’ont qu’une interaction très faible avec la matière. On connaît à l’heure actuelle trois sortes de neutrinos, respectivement d’antineutrinos: le neutrino électron, le neutrino muon et le neutrino tau. Le détecteur japonais Super-Kamiokande a permis de démontrer pour la première fois en 1998 l’oscillation du neutrino, à savoir la transmutation des divers types de neutrinos entre eux. Les chercheurs sont parvenus à prouver que les neutrinos muons produits par les rayons cosmiques dans l’atmosphère supérieure se transforment essentiellement en neutrinos taus sur leur trajet vers le détecteur. Par contre, la transformation de neutrinos muons en neutrinos électrons n’a jamais été observée. Les scientifiques projettent d’utiliser l’expérience T2K pour mesurer avec précision l’oscillation entre neutrons muons et neutrons taus et espèrent pouvoir démontrer pour la première fois la transformation de neutrinos muons en neutrinos électrons.

De Tokai à Kamioka

Le faisceau de neutrinos est produit au Japan Proton Accelerator Complex (J-Parc) à Tokai, sur la côte est du Japon, à l’aide d’un nouvel accélérateur synchrotron. C’est dans cette installation que des protons ont été accélérés pour la première fois à 30 GeV en décembre 2008. A une distance de 280 m du lieu d’origine des neutrinos, un détecteur mesure le flux du faisceau de neutrinos muons. Après un trajet de 295 km à travers la croûte terrestre, le faisceau atteint le détecteur Super-Kamiokande aménagé dans une ancienne mine du district de Kamioka, près de la ville de Hida. La puissance et la composition du faisceau y sont alors mesurées une nouvelle fois. La comparaison des deux mesures devrait permettre de déterminer les «angles de mélange» de l’oscillation.

En cas de résultats positifs, la voie serait alors ouverte à d’autres expériences importantes sur les neutrinos dont les scientifiques espèrent qu’elles leur fourniront une explication sur l’excédent de matière par rapport à l’antimatière après le «big bang».