Distributions de probabilité pour la valeur de la plus grande masse au carré des neutrinos, obtenue à partir des données NOvA, lorsque les mesures d’antineutrinos dans les réacteurs nucléaires sont incluses. L’ordre de masse normal (bleu) est préféré à l’ordre inversé (rouge) par un facteur de 7:1. Crédit : NOvA Collaboration
La collaboration internationale NOvA a présenté de nouveaux résultats lors de la conférence Neutrino 2024 à Milan, en Italie, le 17 juin. La collaboration a doublé ses données sur les neutrinos depuis leur publication précédente il y a quatre ans, notamment en ajoutant un nouvel échantillon de faible énergie de neutrinos électroniques.
Les nouveaux résultats sont cohérents avec les résultats précédents de NOvA, mais avec une précision améliorée. Les données favorisent davantage que jamais l’ordre « normal » des masses des neutrinos, mais une ambiguïté subsiste autour des propriétés d’oscillation du neutrino.
Les dernières données NOvA fournissent une mesure très précise de la plus grande séparation entre les masses de neutrinos au carré et favorisent légèrement l’ordre de masse normal. Cette précision sur la séparation de masse signifie que, lorsqu’elles sont couplées aux données d’autres expériences réalisées dans des réacteurs nucléaires, les données favorisent l’ordre normal avec une probabilité de près de 7:1.
Cela suggère que les neutrinos adhèrent à l’ordre normal, mais les physiciens n’ont pas atteint le seuil élevé de certitude requis pour déclarer une découverte.
NOvA, abréviation de NuMI Off-axis νe Appearance, est une expérience gérée par le Fermi National Accelerator Laboratory du ministère américain de l’Énergie, situé à l’extérieur de Chicago.
Le Fermilab envoie un faisceau de neutrinos à 800 kilomètres au nord vers un détecteur de 14 000 tonnes à Ash River, dans le Minnesota. En mesurant les neutrinos et leurs partenaires d’antimatière, les antineutrinos, aux deux endroits, les physiciens peuvent étudier comment ces particules changent de type au cours de leur déplacement, un phénomène connu sous le nom d’oscillation des neutrinos.
NOvA vise à en apprendre davantage sur l’ordre des masses des neutrinos. Les physiciens savent qu’il existe trois types de neutrinos avec des masses différentes, mais ils ne connaissent pas leur masse absolue ni lequel est le plus lourd.
Les modèles théoriques prévoient deux ordres de masse possibles, normal ou inversé. Dans l’ordre normal, il y a deux neutrinos légers et un neutrino plus lourd ; dans l’ordre inversé, il y a un neutrino léger et deux neutrinos plus lourds.
« Obtenir des informations supplémentaires à partir des expériences sur les réacteurs améliore notre connaissance de l’ordre de masse et nous rapproche d’un territoire passionnant », a déclaré Erika Catano-Mur, chercheuse postdoctorale à William & Mary et co-organisatrice de l’analyse. « Nous avons presque une réponse à l’une de ces grandes questions que nous nous posons en physique des neutrinos. Mais nous n’y sommes pas encore. »
La solution à l’oscillation des neutrinos reste ambiguë dans les nouveaux résultats. Les physiciens ne disposent pas actuellement de suffisamment de données pour distinguer deux effets sur l’oscillation : l’ordre de masse et une propriété appelée violation de la parité de charge.
La collaboration a observé une quantité modérée d’oscillation qui pourrait être expliquée dans l’un ou l’autre scénario d’ordre de masse avec différents niveaux de violation du CP, de sorte qu’ils ne peuvent pas distinguer l’ordre de masse et la violation du CP. Cependant, les physiciens ont pu exclure des combinaisons spécifiques de ces deux propriétés.
Un événement de diffusion de neutrinos électroniques provenant des dernières données NOvA. Plus les pixels jaunes sont brillants, plus l’énergie déposée est importante. Les physiciens savent qu’il s’agit d’un neutrino car il se produit en même temps que l’impulsion du faisceau, « pointe » vers le Fermilab et se produit loin des bords du détecteur, ce qui signifie que l’élément à l’origine de l’activité a dû traverser une grande quantité de matière sans laisser de trace. L’électron dans l’état final ressemble initialement à une piste, mais se développe ensuite en une cascade électromagnétique. Crédit : NOvA Collaboration
“Il nous faut vraiment plus d’une mesure pour apprendre tout ce que nous devons savoir”, a déclaré Jeremy Wolcott, chercheur postdoctoral à l’Université Tufts, l’un des coordinateurs d’analyse de NOvA et conférencier à la conférence.
« NOvA est un acteur important dans ce domaine, car les différentes expériences qui tentent de mesurer les mêmes paramètres présentent des aspects uniques », a déclaré Wolcott. « Nous commençons à voir une image se dessiner, mais elle est floue. Il est vraiment important de disposer de différentes mesures qui fonctionnent toutes ensemble. »
L’expérience NOvA a commencé à collecter des données en 2014 et se poursuivra jusqu’au début de l’année 2027, période pendant laquelle la collaboration espère doubler son ensemble de données sur les antineutrinos. Elle continue également de mettre en œuvre des améliorations d’analyse pour maximiser la sensibilité de l’expérience.
Leurs efforts ouvrent également la voie à de futures expériences qui chercheront à contribuer encore davantage à résoudre les mystères entourant les propriétés des neutrinos.
“Nous voulons tirer le meilleur parti des données”, a déclaré Catano-Mur. “Ce que nous apprenons, non seulement des résultats eux-mêmes, mais aussi de ce que nous apprenons sur les méthodes d’analyse, sera utile pour la prochaine génération d’expériences actuellement en construction.”
Pourtant, NOvA a le potentiel d’en révéler davantage sur l’insaisissable neutrino. « Ce résultat est un rappel important que la génération actuelle d’expériences, dont NOvA, continue de collecter des données précieuses et de produire des informations sur la physique », a déclaré Zoya Vallari, chercheuse postdoctorale à CalTech et co-organisatrice de l’analyse. « Elles constituent notre meilleure chance de faire une découverte à l’heure actuelle. »
La collaboration NOvA est composée de plus de 200 scientifiques issus de 50 institutions réparties dans huit pays. Grâce aux données supplémentaires et aux améliorations de l’analyse, NOvA permettra aux physiciens de mieux comprendre le comportement de changement d’identité des neutrinos.
Fourni par le Laboratoire national des accélérateurs Fermi
Citation: De nouveaux résultats de NOvA ajoutent au mystère des neutrinos (2024, 28 juin) récupéré le 28 juin 2024 à partir de
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