Nos estimations de la taille d'une durée de neutrinos de plus petit qu'un noyau atomique à aussi grand que quelques mètres, mais maintenant nous commençons à réduire sa valeur réelle
Épingler la taille du neutrino est une tâche délicate
La première mesure directe de la taille du neutrino, une particule fondamentale, suggère qu'elles sont au moins plus grandes qu'un noyau atomique – mais ils pourraient potentiellement être des milliards de fois plus grands.
Une partie du problème pour répondre à cette question est que, plutôt que d'être sphérique, la mécanique quantique nous dit que les particules sont intrinsèquement floues, se déplaçant et vibrant lorsqu'ils voyagent dans l'espace. Les physiciens marquent les limites d'une particule, et donc sa taille, en recherchant son paquet d'onde, une zone à l'intérieur de laquelle l'onde vibre fortement, et au-delà de laquelle elle s'éteint brusquement.
Pour les neutrinos, la mesure du paquet d'ondes est particulièrement difficile car ces particules interagissent rarement avec la matière normale. Jusqu'à présent, nous n'avons calculé que la taille du paquet d'onde indirectement, avec des estimations couvrant une gamme de 13 ordres de grandeur – de plus petit qu'un noyau atomique à aussi grand que quelques mètres ou 10 billions de fois plus grands.
Maintenant, Joseph Smolsky à la Colorado School of Mines et ses collègues ont fait la première mesure directe du paquet de vagues, constatant que les neutrinos doivent être au moins des centaines de fois plus grands que la plus petite estimation précédente, ce qui les rend plus grands que les noyaux atomiques typiques.
Pour ce faire, Smolsky et son équipe ont mesuré le béryllium radioactif alors qu'il se décomposait en lithium, un processus appelé Electron Capture. Lorsque cela se produit, un électron dans l'atome de béryllium se combine avec un proton dans son noyau, produisant un neutron. Cela transforme l'atome de béryllium en lithium, produisant un coup d'énergie qui tire l'atome dans une certaine direction et générant un neutrino qui tire dans la direction opposée pour équilibrer l'élan. En mettant le béryllium à l'intérieur des détecteurs supraconducteurs très sensibles et en l'étudant à l'aide d'un accélérateur de particules, ils pourraient alors mesurer les atomes de lithium extrêmement précisément et déduire les propriétés du neutrino.
Les chercheurs ont constaté que les neutrinos étaient d'au moins 6,2 picomètres, qui sont des centaines de fois plus grands que le noyau atomique. «C'était un peu surprenant», explique Smolsky. «Quand je pense à un processus de capture d'électrons, je l'imagine dans le noyau parce que l'électron doit chevaucher un noyau. Mais la limite que nous avons montrée indique que la taille du neutrino est en fait beaucoup plus grande que le noyau lui-même lorsqu'il sort. »
«Techniquement, il s'agit d'une mesure très difficile», explique Alfons Weber à l'Université Johannes Gutenberg de Mayiny, en Allemagne. « Ils ont utilisé une méthode vraiment très soignée pour faire une mesure de précision, quelque chose que je pensais que vous ne pourriez jamais faire. »
Il est important de mesurer la taille du paquet d'ondes de neutrinos pour construire de futurs détecteurs de neutrinos capables de mesurer précisément la fréquence à laquelle les neutrinos changent ou oscillent entre trois types différents, explique Weber.
Ces oscillations de neutrinos sont essentielles pour déterminer pourquoi il y a plus de matière que de l'antimatière dans l'univers, mais ils ne peuvent être mesurés avec précision que si le neutrino est supérieur à une certaine taille. S'il est trop petit, alors les trois types différents de neutrinos, chacun d'une masse différente, débordent sur les bords du paquet d'onde de neutrinos et gâchera les mesures.
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