[Podcast] Des neutrinos plus rapides que la lumière ?

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L’annonce faite par l’équipe de l’expérience OPERA en septembre dernier a fait beaucoup de bruit car elle mettait en cause la théorie de la relativité d’Einstein qui, avec la mécanique quantique, constitue la base de la physique moderne.

D’après une vidéo de Michio Kaku

Neutrinos plus rapides que la lumière ? Il semblerait que le câblage soit fautif

Il semblerait que les résultats annoncés le 22 septembre 2011 par l’expérience OPERA étaient dûs à une erreur. Une mauvaise connexion entre une unité GPS et un ordinateur serait à blâmer.

Selon des sources familières avec l’expérience, l’écart de 60 nanosecondes proviendrait d’une mauvaise connexion entre un câble de fibre optique qui connecte le récepteur GPS utilisé pour corriger le chronométrage du temps de parcours des neutrinos et une carte électronique d’un ordinateur.

Après avoir réajusté la connexion puis mesuré le temps qu’il faut aux données pour parcourir la longueur de la fibre, les chercheurs ont découvert que les données arrivent 60 nanosecondes plus tôt que prévu. Puisque ce temps est soustrait au temps total, il semble expliquer l’arrivée précoce des neutrinos. De nouvelles données seront cependant nécessaires pour confirmer cette hypothèse.

Source : Science Insider

Mise à jour 23/02 @ 1h54

Dans un communiqué, la collaboration OPERA explique qu’il y a 2 sources possibles d’erreurs qui pointent dans 2 directions opposées et que leur examen est en cours.

« La collaboration OPERA, en poursuivant sa campagne de vérifications sur les mesures de vélocité des neutrinos, a identifié 2 problèmes qui pourraient affecter le résultat de manière significative. Le premier est lié à l’oscillateur utilisé pour produire un horodatage des évènements entre les synchronisations GPS. Le 2ème est lié à la connexion de la fibre optique qui transmet le signal du GPS externe à l’horloge maître de OPERA.

Ces 2 problèmes peuvent modifier le temps de vol des neutrinos dans des directions opposées. Tout en poursuivant nos investigations, afin de quantifier sans ambiguïté les effets sur le résultat observé, la Collaboration attend avec impatience d’effectuer une nouvelle mesure de la vélocité des neutrinos dès qu’un nouveau faisceau groupé sera disponible. Un rapport détaillé des vérifications mentionnées ci-dessus et des résultats sera bientôt mis à la disposition des comités scientifiques et agences »

Source : Nature

Comment peut-on savoir si une découverte est vraiment significative ?

C’est une question qui se pose avec chaque nouvelle découverte scientifique majeure : qu’est-ce qui rend un résultat suffisamment fiable pour qu’il soit pris au sérieux ? La réponse à cette question a un rapport avec sa signification statistique, mais pas seulement.

L’unité de mesure habituellement utilisée lorsque l’on parle de signification statistique est l’écart type (déviation standard), qui s’écrit avec la lettre grecque sigma en minuscule (σ). L’écart type mesure la dispersion d’une série de valeurs autour de leur moyenne.

Dans de nombreuses situations, les résultats d’une expérience suivent ce qu’on appelle une loi normale (distribution normale). Par exemple, si vous lancez une pièce 100 fois et que vous comptez combien de fois elle retombe sur Pile, le résultat moyen devrait être 50. Mais si vous faites ce test 100 fois, la plupart des résultats seront proches de 50, mais pas exactement. Vous obtiendrez presque autant de résultats avec 49 ou 51. Vous aurez quelques 45 ou 55 mais presque pas de 20 ou 80. Si vous reportez ces résultats sur un graphique, vous obtiendrez une forme bien connue appelée courbe de Gauss qui est en forme de cloche. C’est la distribution normale.

L’écart type permet de connaitre l’éloignement d’un point donné par rapport à la moyenne. Dans l’exemple du Pile ou Face, un résultat de 47 a une déviation de 3 par rapport à la moyenne de 50. L’écart type est la racine carrée de la moyenne des carrés des déviations par rapport à la moyenne. Une déviation standard, 1 sigma, tracé au-dessus ou en dessous de la valeur moyenne sur cette courbe de distribution normale, définirait une région qui inclurait 68% de tous les points de données. 2 sigmas au-dessus ou en dessous incluraient environ 95% des données, et 3 sigma en incluraient 99,7%.

Quand est-ce qu’un point de données particulier (ou un résultat de recherche) peut-il être considéré comme significatif ? La déviation standard peut nous fournir un critère : si un point de données se trouve à quelques déviations standard du modèle testé, c’est une preuve forte que le point de données n’est pas compatible avec ce modèle. Cependant, la manière d’utiliser ce critère dépend de la situation. John Tsitsiklis (professeur de génie électrique au MIT) qui donne un cours appelé « Fundamentals of Probability » explique « La statistique est un art, avec beaucoup de place pour la créativité et les erreurs ». Une partie de cet art se résume à décider quelles mesures ont du sens dans un cadre donné.

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Les neutrinos sont toujours en excès de vitesse

Fin septembre, des scientifiques de l’expérience OPERA avaient annoncé que des neutrinos avaient dépassé la vitesse limite possible dans notre Univers : la vitesse de la lumière. Depuis, des scientifiques du monde entier ont essayé de repérer des erreurs qui auraient pu mener à ce résultat.

Des critiques concernant la précision des impulsions de protons ont conduit les responsables de OPERA à reproduire l’expérience avec une bien meilleure précision.

Les impulsions de protons que le CERN utilisait pour produire chaque neutrino étaient relativement longues : 10,5 microsecondes pour chaque impulsion. Pour améliorer la précision et répondre ainsi aux critiques, les scientifiques de l’expérience OPERA ont demandé au CERN de générer des impulsions de protons beaucoup plus courtes (3 nanosecondes).

L’équipe a enregistré 20 évènements avec la même signifiance statistique que pour les premiers résultats. Les neutrinos arrivent toujours avec 60 nanosecondes d’avance par rapport à la vitesse de la lumière.

Non seulement la précision du faisceau a été améliorée, mais l’analyse statistique est également plus robuste et a été répliquée par d’autres équipes que l’équipe d’origine (mais faisant partie d’OPERA).

Si ces résultats écartent les incertitudes concernant la durée des impulsions de protons, il y a peu de chances que ce soit le cas pour les problèmes posés par l’utilisation du système GPS pour synchroniser les horloges. L’utilisation du système de navigation par satellite dans le domaine de la physique des particules n’est pas une technique ayant fait ses preuves.

Pour la plupart des physiciens en dehors de OPERA, le test clé sera la réplication du phénomène par l’expérience MINOS du Fermilab. L’équipe de MINOS a publié une déclaration expliquant qu’ils modernisaient leur système pour obtenir la même précision que l’expérience OPERA. Une vérification préliminaire des résultats d’OPERA avec le système existant pourrait avoir lieu dès le début de l’année prochaine.

« OPERA doit être félicité pour avoir fait ces vérifications importantes mais des vérifications indépendantes est le chemin à suivre » a déclaré Rob Plunkett, porte-parole de MINOS

Source : Nature // Papier publié sur ArXiv

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

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.

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