Les scientifiques de l’expérience BEST ont détecté un déficit dans la production de germanium 71 à partir des interactions neutrinos, suggérant l’existence possible du neutrino stérile. Cette anomalie, cohérente avec les découvertes précédentes, remet en question les théories existantes et peut indiquer une nouvelle physique ou des erreurs expérimentales non résolues. Crédit : Issues.fr.com
L’expérience Baksan sur les transitions stériles (BEST) trouve des preuves de l’existence du neutrino stérile, une particule hypothétique qui interagit uniquement via la gravité.
Les scientifiques ont confirmé la présence possible d’une nouvelle particule élémentaire, le neutrino stérile. Ces particules, si elles existent, interagissent uniquement via la gravité, et non via les autres forces du modèle standard de physique des particules.
Les résultats de l’expérience Baksan sur les transitions stériles (BEST) confirment une anomalie trouvée lors d’expériences antérieures avec des sources de neutrinos solaires. BEST a irradié un réservoir de gallium, un métal argenté mou liquide à température ambiante, en utilisant une source intense de neutrinos provenant des désintégrations du chrome radioactif. Les neutrinos réagissent dans le gallium pour produire l’isotope germanium 71. Cet isotope peut être extrait du gallium et compté.
Les chercheurs ont trouvé des quantités de germanium nettement inférieures à celles attendues sur la base de la physique nucléaire connue. Les scientifiques avaient découvert une anomalie similaire en gallium lors d’une expérience sur un précurseur.
Percer le mystère des neutrinos
L’expérience a révélé que le rendement en germanium 71 était de 20 à 24 % inférieur aux attentes, sur la base de l’intensité de la source de neutrinos et des connaissances des scientifiques sur la manière dont les neutrinos sont absorbés. Ces résultats vont à l’encontre des prédictions théoriques. Cependant, ils concordent avec les résultats antérieurs sur ce que les scientifiques appellent l’anomalie du gallium.
Les chercheurs ont divisé la cible en volumes intérieur et extérieur pour rechercher un indicateur des oscillations des neutrinos. Il s’agit d’un phénomène connu dans lequel un neutrino électronique se transforme en une autre « saveur », comme un neutrino muonique, qui résulte de la masse des neutrinos. Les chercheurs n’ont observé aucun signe de ces oscillations. L’origine de l’anomalie reste un mystère.
Le MEILLEUR appareil en construction. Cette image montre le réservoir intérieur, avec un chercheur BEST debout dans le réservoir extérieur. Crédit : AA Shikhin
MEILLEURE expérience : une plongée approfondie dans le comportement des neutrinos
BEST est une expérience située à plus d’un mile sous terre dans l’observatoire de neutrinos de Baksan, dans les montagnes du Caucase en Russie. Il a été conçu pour explorer le déficit en neutrinos électroniques (ne) précédemment signalé dans les quatre expériences d’étalonnage réalisées par les collaborations SAGE et GALLEX sur les neutrinos solaires. Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé environ 47 tonnes de gallium (Ga) métallique liquide, divisées en deux zones concentriques, comme cible d’absorption des neutrinos via la réaction 71Ga (ne,e)71Ge. Ils ont placé la source de neutrinos de chrome 51 au centre de la cible de gallium, irradiant les deux zones. Comme la longueur du trajet des neutrinos dans chaque zone est d’environ un mètre, BEST a une grande sensibilité aux oscillations se produisant à cette échelle, correspondant à des différences dans le carré des masses des neutrinos d’environ 1 eV2 (une très petite quantité dans le monde de la physique nucléaire). Les chercheurs ont mesuré la force de la source par calorimétrie et d’autres méthodes avec une précision supérieure à 1 %. La section efficace d’absorption des neutrinos a une valeur minimale fixée par la durée de vie connue de capture d’électrons du 71-germanium.
La persistance de cette anomalie est surprenante. Cela pourrait indiquer soit un artefact expérimental non identifié qui a jusqu’à présent échappé à la découverte, soit une nouvelle physique capable d’expliquer un déficit étonnamment important de neutrinos.
Ce travail est soutenu par le Bureau des sciences du Département de l’énergie, le Bureau de physique nucléaire et par l’Agence fédérale pour les organisations scientifiques, le ministère de l’Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie, la Société nationale de l’énergie atomique Rosatom.
