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  • Excès de vitesse des neutrinos ? Peut-être un problème de synchronisation des horloges

    Posté le 10 octobre 2011

    Le 22 septembre, des physiciens de l’expérience OPERA du Gran Sasso Laboratory annonçaient publiquement leur étonnement concernant des neutrinos arrivant 60 nanosecondes plus rapidement que la vitesse de la lumière en postant leurs résultats sur le site ArXiv.org.

    Dépasser la vitesse de la lumière, c’est théoriquement impossible et cela n’a jamais été constaté auparavant. En fait, atteindre la vitesse de la lumière est impossible pour n’importe quelle particule ayant une masse.

    Depuis cette annonce, plus de 30 publications tentant d’expliquer ce résultat en utilisant différents modèles théoriques ont été postés sur le serveur arXiv.org. Mais un papier, publié le 28 septembre par le théoricien Carlo Contaldi de l’Imperial College London, est le seul à contester les calculs expérimentaux.

    L’équipe de OPERA a chronométré les neutrinos en utilisant des horloges synchronisés à l’aide de signaux GPS d’un seul satellite. Le papier de Contaldi explique que les calculs du groupe ne prennent pas en compte l’un des aspects de la théorie de la relativité générale de Einstein (Voir Démonstration des effets de la relativité d’Einstein dans la vie de tous les jours) : que de légères différences dans la force de gravité des 2 sites (le CERN et Gran Sasso) fait s’écouler le temps à des rythmes différents. En raison de sa distance plus proche du centre de la Terre, le CERN subit une force gravitationnelle légèrement plus forte que celle à l’emplacement de Gran Sasso. Par conséquent, le temps s’écoulerait moins vite au début du voyage des neutrinos.

    Dario Autiero, de l’Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), coordinateur de l’expérience OPERA, répond que la publication de Contaldi est le résultat d’un malentendu concernant la façon dont les horloges ont été synchronisées. Il explique que le groupe va réviser son document pour essayer d’expliquer plus clairement la méthode utilisée. Il ajoute que OPERA a été prudent lors de la présentation de ses étonnantes observations, en ne concluant pas que les lois de la physique avaient été violées. Ses échanges avec Contaldi, suivis par des douzaines de physiciens, sont en cours.

    Parce qu’il faut 2 horloges pour chronométrer le voyage des neutrinos (une en début de parcours, et une en fin de parcours), elles doivent être synchronisées avec une précision de l’ordre de la nanoseconde pour obtenir une mesure précise, explique Toby Wiseman, physicien théoricien à l’Imperial College London. Mesurer la vitesse de la lumière sur ce trajet serait plus simple, parce que le rayon pourrait être renvoyé vers son point de départ, et cet aller-retour chronométré avec une seule horloge. « S’ils ont ou non correctement synchronisé leurs horloges est la question cruciale », a déclaré Wiseman.

    Contaldi admet que son analyse initiale postée sur ArXiv, supposait à tord que le chronométrage effectué par OPERA s’appuyait sur une horloge déplacée d’un bout à l’autre du faisceau. Mais le fait de synchroniser les horloges en utilisant un GPS ne supprime pas la différence entrainée par l’effet de dilatation du temps, que Contaldi estime pouvant s’élever à des dizaines de nanosecondes.

    Cet effet pourrait réduire l’importance statistique du résultat qui, d’après OPERA, est de 6 déviations standard (6 sigmas). En physique des particules, 5 sigmas est suffisant pour établir une preuve solide. Contaldi explique que le résultat pourrait être réduit à 2 ou 3 déviations standard.

    Wiseman explique que la difficulté de l’expérience et le manque de détails concernant la synchronisation des horloges dans le papier publié par OPERA pourrait expliquer pourquoi, jusqu’à maintenant, si peu de critiques ont été publiées sur la méthodologie de l’expérience. « Carlo souligne combien il est difficile de critiquer ce qui a été fait à moins de faire partie de la collaboration ».

    Contaldi a déjà de la compagnie : le 2 octobre, Gilles Henri de l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG) a posté sa propre critique. Il affirme que les fluctuations dans le faisceau de neutrinos pourraient changer la probabilité que Gran Sasso les détecte, et augmenterait suffisamment l’incertitude de leur temps de trajet pour produire le résultat obtenu de neutrinos dépassant la vitesse de la lumière.

    D’après Nature

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