La vitesse des neutrinos
L'astronomie au service des théories modernes

© Thierry PERIAT : Textes, photos et idées

La vitesse des neutrinos

§1. S’il est bien un objet physique qui entretient le suspens au sein des communautés scientifiques, c’est le neutrino. De l’argument énergétique ayant motivé la prédiction de son existence à la découverte de ses trois visages (électronique, muonique et tauique) en passant par la question de savoir s’il a une masse et à quelle vitesse il se déplace, les épisodes du feuilleton relatant la vie des neutrinos ne manquent pas de rebondissements. Justement, un article paru récemment [Limits on neutrinos Lorentz violations from multimessengers; observation from TXS 0506+056 ; arXiv:1807.05155v1 [astro-ph.HE], 13 July 2018] rend compte des derniers développements concernant la mesure de leur vitesse.

§2. Certaines théories prédisent que l’espace-temps serait discontinu aux plus petites échelles, qu’il deviendrait alors pertinent de se le représenter par une sorte de structure en réseau ou d’écheveau de cordes entrelacées (deux exemples parmi de nombreux autres : la théorie des boucles quantiques ou celle de l’écume sur un océan de spins) et/ou que les transformations de Lorentz ne seraient violées. Ces hypothèses, si elles s’avéraient vraies, devraient avoir pour effet d’introduire des différences dans la durée d’un voyage « galaxie émettrice – Terre » qui soient proportionnelles bien entendu à la distance à parcourir et à l’énergie des particules considérées mais inversement proportionnelles à un coefficient M1 dont la valeur est estimée être approximativement égale à la masse de Planck sur la base d’arguments heuristiques accompagnant lesdites théories (notamment inspirées de celles des cordes). En réalité, la valeur exacte de ce coefficient dépend d’un ensemble de paramètres actuellement inconnus ; parmi eux : le taux de couplage des cordes entre elles, la proportion de défauts au sein de l’espace-temps, la force d’interaction entre ces défauts et les particules connues, etc. Les chercheurs sont donc contraints à en trouver la valeur via l’expérience.

§3. Les spéculations théoriques ne trouvant effectivement leurs justifications que dans leur confrontation avec la réalité observable, les scientifiques ont tenté de mesurer les temps de parcours des ondes gravitationnelles, des photons et des neutrinos émis simultanément par une même galaxie lointaine. Concernant les photons et les neutrinos, et en ayant réussi à s’abstraire de la dépendance énergétique, le ratio est de l’ordre de 10.E-11 pour un trajet de 4 milliards d’années-lumière… Concrètement, photons et neutrinos mettent quasiment le même temps pour parcourir la distance les séparant de la galaxie choisie pour la mesure. Ce ratio est en effet bien trop petit pour permettre d’affirmer que neutrinos et photons voyageraient à des vitesses significativement différentes.

§4. Ce nouvel article fait suite à une longue série de recherches similaires. Bien que sa conclusion se veuille optimiste (utilisation d’une nouvelle manière de mesurer les différences dans les temps de parcours, comparaison entre divers ensembles de mesures, etc.), il illustre à nouveau les difficultés inhérentes au fait de vouloir décrire la structure spatiotemporelle à l’aide d’un maillage discontinu. Cette description alternative de la réalité constitue à coup sûr une des réalisations de l’expertise mathématique moderne et trouve son épanouissement dans les industries du jeu, de l’automobile et de l’aviation où elle permet la modélisation d’objets ou d’interconnexions sophistiquées entre les objets. Il n’est cependant pas certain -à ce stade des explorations- qu’elle apporte l’éclairage nouveau et souhaité sur la nature du substrat spatiotemporel. Pour le moins, cet article confirme que la mesure précise des coefficients de type M1 (un pour chaque type de particules) reste un objectif intéressant, même si l’interprétation des futurs résultats risque de représenter un challenge délicat.