Les nouveaux résultats de l’expérience BEST (Baksan Experiment on Sterile Transitions) confirment une anomalie suggérant la possibilité d’une nouvelle physique.
Neutino stérile, principes fondamentaux de la physique parmi les interprétations des résultats anormaux.
De nouveaux résultats scientifiques confirment une anomalie observée lors d’expériences précédentes, ce qui peut indiquer une nouvelle particule élémentaire non encore confirmée, le neutrino stérile, ou la nécessité d’une nouvelle interprétation d’un aspect de la physique du modèle standard, comme la section efficace du neutrino, mesurée pour la première fois il y a 60 ans. Le Los Alamos National Laboratory est la principale institution américaine qui collabore à l’expérience Baksan Experiment on Sterile Transitions (BEST), dont les résultats ont été récemment publiés dans les journaux Physical Review Letters et Physical Review C.
“Les résultats sont très intéressants”, a déclaré Steve Elliott, analyste principal de l’une des équipes chargées d’évaluer les données et membre de la division Physique de Los Alamos. “Cela réaffirme définitivement l’anomalie que nous avons vue dans les expériences précédentes. Mais ce que cela signifie n’est pas évident. Il y a maintenant des résultats contradictoires sur les neutrinos stériles. Si les résultats indiquent que la physique nucléaire ou atomique fondamentale est mal comprise, ce serait également très intéressant.” Les autres membres de l’équipe de Los Alamos sont Ralph Massarczyk et Inwook Kim.
Située dans les profondeurs de l’Observatoire de neutrinos de Baksan, dans les montagnes du Caucase, en Russie, la cible de gallium à deux zones, à gauche, contient un réservoir intérieur et un réservoir extérieur de gallium, qui sont irradiés par une source de neutrinos électroniques. Crédit : A.A. Shikhin
À plus d’un kilomètre sous terre, dans l’Observatoire de neutrinos de Baksan, dans les montagnes du Caucase, en Russie, BEST a utilisé 26 disques irradiés de chrome 51, un radio-isotope synthétique du chrome et la source de 3,4 mégacuries de neutrinos électroniques, pour irradier un réservoir intérieur et un réservoir extérieur de gallium, un métal mou et argenté également utilisé dans des expériences précédentes, mais auparavant dans une configuration à un seul réservoir. La réaction entre les neutrinos électroniques provenant du chrome 51 et du gallium produit l’isotope germanium 71.
Le taux mesuré de production de germanium 71 était de 20 à 24% inférieur à celui attendu sur la base de la modélisation théorique. Cette divergence est conforme à l’anomalie observée dans des expériences précédentes.
BEST s’appuie sur une expérience sur les neutrinos solaires, l’expérience soviéto-américaine sur le gallium (SAGE), à laquelle le Los Alamos National Laboratory a largement contribué à partir de la fin des années 1980. Cette expérience a également utilisé du gallium et des sources de neutrinos de haute intensité. Les résultats de cette expérience et d’autres ont indiqué un déficit de neutrinos électroniques – un écart entre les prévisions et les résultats réels, connu sous le nom d'”anomalie du gallium”. Une interprétation de ce déficit pourrait être la preuve d’oscillations entre les neutrinos électroniques et les neutrinos stériles.
Un ensemble de 26 disques irradiés de chrome 51 sont la source de neutrinos électroniques qui réagissent avec le gallium et produisent du germanium 71 à des taux qui peuvent être mesurés par rapport aux taux prédits. Crédit : A.A. Shikhin
La même anomalie s’est reproduite dans l’expérience BEST. Les explications possibles incluent à nouveau l’oscillation en un neutrino stérile. Cette particule hypothétique pourrait constituer une partie importante de la matière noire, une forme prospective de matière dont on pense qu’elle constitue la grande majorité de l’univers physique. Cette interprétation pourrait toutefois nécessiter des tests supplémentaires, car la mesure pour chaque réservoir était à peu près la même, bien que plus faible que prévu.
Parmi les autres explications de l’anomalie, citons la possibilité d’un malentendu dans les données théoriques de l’expérience, c’est-à-dire que la physique elle-même doit être retravaillée. Elliott souligne que la section transversale du neutrino électronique n’a jamais été mesurée à ces énergies. Par exemple, un apport théorique à la mesure de la section transversale, qui est difficile à confirmer, est la densité électronique au niveau du noyau atomique.
La méthodologie de l’expérience a fait l’objet d’un examen approfondi pour s’assurer qu’aucune erreur n’a été commise dans certains aspects de la recherche, comme le placement des sources de rayonnement ou le fonctionnement du système de comptage. Les itérations futures de l’expérience, si elles sont réalisées, peuvent inclure une source de rayonnement différente avec une énergie plus élevée, une demi-vie plus longue et une sensibilité à des longueurs d’onde d’oscillation plus courtes.
Références :
“Résultats de l’expérience de Baksan sur les transitions stériles (BEST)” par V. V. Barinov et al, 9 juin 2022, Physical Review Letters.
DOI :10.1103/PhysRevLett.128.232501
“Search for electron-neutrino transitions to sterile states in the BEST experiment” par V. V. Barinov et al, 9 juin 2022, Physical Review C.
DOI: 10.1103/PhysRevC.105.065502
Financement : Département de l’énergie, Office of Science, Office of Nuclear Physics.
