neutrino-électron

Un électron qui aurait perdu sa charge électrique

La manière la plus simple de concevoir un neutrino est de l’imaginer comme un électron qui aurait perdu sa charge électrique.

Pour cette raison les neutrinos de la radioactivité sont appelés par les physiciens “neutrinos-électrons” Cette appélation sert à les distinguer de deux autres espèces de neutrinos, les neutrinos-mu et les neutrinos-tau.

Le neutrino-électron est avec l’électron l’un des deux acteurs de la radioactivité bêta, mais un acteur invisible car indétectable. Dans le cas le plus fréquent de la radioactivité bêta-moins, c’est son antiparticule, l’antineutrino-électron, qui intervient, partenaire de l’électron positif ou positon.

Le neutrino-électron est le compère de l’électron dans une famille de quatre corpuscules fondamentaux de la matière. Les deux autres membres de cette famille sont les quarks appelés up et down, qui sont les constituants élémentaires des protons et neutrons et de ce fait constituants ultimes du noyau de l’atome. Électron, neutrino-électron, quark up, quark down constituent aux yeux des physiciens la première génération des corpuscules élémentaires.

Ce qui différencie les quarks de l’électron et du neutrino est que les premiers sont sensibles aux forces très intenses – appelées interactions fortes – qui cimentent les noyaux. De ce fait les quarks sont difficiles à observer car ils restent prisonniers de la matière nucléaire.

Electrons et neutrinos ne sont pas sensibles à l’interaction forte. Ils prennent le large ! Mais les neutrinos sont électriquement neutres : ils ne possèdent pas la charge électrique qui permet aux électrons de former un cortège entourant le noyau de l’atome. Ils sont très difficiles à détecter.

On a longtemps postulé que les neutrinos avaient une masse nulle (comme les photons). Des expériences récentes ont montré qu’ils avaient une masse, mais extrêmement petite. Pour en donner une idée, la masse du neutrino-électron serait bien inférieure au millionième de la masse de l’électron, un corpuscule pourtant bien léger.

Corpuscules pratiquement sans masse, les neutrinos se déplacent à la vitesse de la lumière. C’est ainsi qu’en 1987, on observa, en même temps qu’un minuscule éclair de lumière provenant de l’explosion d’une lointaine supernova, l’arrivée d’une bouffée de neutrinos après un voyage de 180 000 années lumière.

Comme les électrons, les neutrinos possèdent deux sens de rotation possibles – appelés hélicité droite et gauche – quand l’axe de rotation est choisi parallèle à la direction du mouvement. Mais les neutrinos interagissent uniquement à travers les forces faibles qui distinguent les deux états d’hélicité (un phénomène que les physiciens appellent “violation de parité”). De de fait, seuls les neutrinos “gauches” sont produits et interagissent. Les neutrinos “droits” n’interagissent pas.

Les neutrinos n’interagissant avec la matière qu’à travers l’interaction faible, leur probabilité d’interaction (ou section efficace) est extrêmement petite. Pour en donner une idée, lors de la mise en évidence expérimentale des neutrinos en 1956, Reines et Cowan mesurèrent une section efficace de 0,063 milliardième de milliardième de barn.

Le barn est l’unité utilisée par les physiciens pour mesurer les sections efficaces. A titre de comparaison, la section efficace de capture d’un neutron par un noyau d’uranium-238 est de l’ordre du barn. L’énergie des neutrinos issus des désintégrations radioactives se situent généralement au dessous de 1 MeV. La section efficace d’un neutrino de 1 MeV bien supérieure à celle des neutrinos de Reines et Cowan, demeure extrêmement faible. Ceci explique que les neutrinos en provenance des désintégration radioactives dans le soleil soient capables de traverser la Terre. Sur 100 000 milliards de neutrinos solaires qui traversent la Terre, moins de un neutrino sera arrêté ou interagira !