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Jean Favier LAPP LES NEUTRINOS Université de Savoie IN2P3,CNRS

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Présentation au sujet: "Jean Favier LAPP LES NEUTRINOS Université de Savoie IN2P3,CNRS"— Transcription de la présentation:

1 Jean Favier LAPP LES NEUTRINOS Université de Savoie IN2P3,CNRS
« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 Photo Dussert

2 Neutrinos? QUELLE MASSE ONT-ILS ?
Nous baignons dans une nuée de particules, beaucoup plus nombreuses que toutes les autres : pour 1 électron, l’univers contient mille milliards de neutrinos, particules sans charge électrique intéragissant d’une facon incroyablement faible avec la matière (expériences très difficiles) Ces fantômes peuvent traverser terres alignées sans intéractions Nous sommes traversés chaque seconde par neutrinos provenant du soleil QUELLE MASSE ONT-ILS ? « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

3 Naissance du neutrino les Radioactivités
Radioactivité a + 210 Po 4 He + 206 Tl + 5.3 MeV Radioactivité g DE E + « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

4 A B + Radioactivité b : E max Noyau A Noyau B + électron e
Quelque chose doit s’échapper pour conserver l’énergie et l’impulsion C’est le « petit neutre » (Pauli,1930) Noyau A Noyau B + e + neutrino   E max Energie de l’electron « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

5 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003 favier@lapp
« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

6 Plongeons dans la matière…
100 microns 10 microns 0.1 micron 0.001 0.0001 micron « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

7 Un atome ? m electron=1 / 1000000000000000000000000000000 kg
famille leptons quarks plume e e  d   u 6 mi-lourd   s c 2600 lourd    b t Proton: uud Neutron: udd « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

8 Les Forces Electro-magnétique  = le photon m=0 Forte  = le gluon m=0
Faible  = les W±,Z0 m= e p1 p2 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

9 Fiche signalétique du n
C’est une particule élémentaire (non divisible) Charge électrique 0 Masse : nulle ,petite ???) Spin ½ (fermion) Interaction: seule une très faible interaction Stabilité : semble stable, mais … « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

10 e +p e+ + n + ….( 1951-56) Reines et Cowan
3 familles: e +p e+ + n + ….( ) Reines et Cowan  +p + + n + … ( 1962) Lederman, Scwartz, Steinberger  +p + + n + ….( 2000) experience DONUT 4 ou plus ? LEP a dit 3 Pourquoi 3 familles ???? Peut-être la seule solution pour aboutir du Big-Bang à un monde de matière stable, débarrassé de l’anti-matière ??? Pourquoi des masses aussi petites pour les neutrinos ?? origine des masses et de leur diversité: le grand chantier en cours! « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

11 Intéraction faible? Le boson d ’échange est très lourd : x 80 masse du proton portée de la force très petite probabilité de passer «  à portée » très faible Les  peuvent voyager dans la matière tout droit: … terres alignées sans les voir !! Sur terre nous recevons en eux des messagers venant en ligne droite des galaxies : astronomie neutrino? « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

12 Sources Naturelles Le Soleil: 1011 /cm2.sec
Fusion: p+p+p+p 4He+e++e++e+e La Terre: /cm2.sec ( Radioactivité ) Rayons cosmiques +atmosphère: /cm2.sec Les Super-Novae: SN1987: 1059 Le Ciel profond Les « fossiles » : /cm3  1 sec après le Big-Bang … « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

13 Peut-on en fabriquer nous-mêmes?
Réacteurs nucléaires /sec Radioactivité  (0 à 10 MeV) ici: 1 million/ cm2 (Bugey) Bombes à hydrogène: /sec ...pendant quelques millisecondes :mais utilisation délicate! Futur faisceau CNGS du CERN /m2.sec près de Rome (0 à 40 GeV) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

14 Comment détecter les neutrinos
Les réactions de détection ex: e+p n+e+ Flux de neutrinos le plus grand possible Masse du détecteur la plus grande possible Prise de données la plus longue possible Se protéger des cosmiques et des gammas EXPERIENCES TRES DIFFICILES « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

15 Un détecteur à basse énergie
Source: un réacteur Réaction de détection: +p e++ n Milieu cible: liquide scintillant La lumière produite mesure l’énergie déposée par le positron et le neutron; on la collecte et mesure par des photo-multiplicateurs Protection contre les cosmiques et la radioactivité (intérieure et extérieure) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

16 Le photomultiplicateur (P.M.)
2000 volts 1 e- g …etc… 1 3 (bleu) e- Permet la détection d’un seul photon ! « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

17 Bugey Expérience du Bugey (France, 1996)
un module= 600 litres de liquide scintillant photo-multiplicateurs 15 et 40 m de distance d ’un réacteur, sous 2 a 5 m de béton  : 50 évènements /heure a 15m c’est moi ! « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

18 Kamland 13 m Expérience de Kamland (Japon, 2003)
1000 tonnes de scintillateur p.m 180 Km de distance des réacteurs, sous 1000 m de roches 100 bons évènements en 140 jours 13 m « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

19 L ’effet Čerenkov et l ’eau
Une particule chargée traverse la matière en excitant sur son passage les atomes. Si la vitesse de cette particule dans le milieu est supérieure à celle de la lumière, alors la lumière de désexcitation est cohérente L ’EAU PURE a une longueur de transparence de 60 m dans le bleu Un électron d’énergie supérieure a 0.6 MeV, ou un muon supérieure a 120 MeV vont émettre de la lumière en traversant l ’eau: il suffit de détecter cette lumière par des p.m pour réaliser un DÉTECTEUR à NEUTRINO. Un tel détecteur peut mesurer l’énergie et la direction de la particule qui produit la lumière bleue « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

20 truc (Trans J.J Gomez Uni. Valencia ,Sp)
« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

21 Super-Kamiokande 50000 tonnes 11147 p.m 1000 m 10000  atmosphériques
10 millions  solaires « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

22 truc « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

23 Le soleil vu a travers la terre…
« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

24 Mer et Antarès « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

25 .... Glace Amanda Ice Cube « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

26 Peut-on mesurer directement la masse du neutrino?
Spectre d’énergie de l’électron  Spectre  du tritium 3H 3H He + (e- + e=18.6 KeV) masse e< masse e- / (2 eV) E max= 18.6 KeV (Me=0) Masse=Me « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

27 Les neutrinos disparaissent !
On sait calculer d’une facon précise le flux de e solaires (modèle du soleil) L’expérience de Davies : flux = 30 % du flux attendu !! Désintégration? NON! Autre phénomène? Déclenchement de plein d’expériences ! e +37Cl Ar+e tonnes de C2Cl4 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

28 Oscillations ! La Mécanique Quantique permet d’étranges phénomènes (pas intuitifs du tout) : nos trois neutrinos sont en fait trois aspects différents d’un même objet. Lors de son vol, il peut changer progressivement d’aspect, et ce, d’une manière répétitive, oscillatoire. ( schizophrènie du neutrino) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

29 pour 2 familles…. Papparition = Asin2[ a(m2-m2)L/E ]
Pdisparition=1. - Papparition Flux  apparition Pour E= 1 GeV m2-m2 = 0.1 eV2 et A=1 km Flux  disparition km « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

30 SNO e+d e- + p + p (CC)  +d  + p + n (NC)
SNO mesure le flux des e du soleil SNO mesure aussi le flux total des 3 familles. e e +  +  1000 tonnes d’eau lourde D2O 5300 tonnes d’eau ordinaire 9500 p.m. 2000 m sous terre 0.3 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

31 Super-Kamiokande (JJ.Gomez Uni Valencia,Sp)
« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

32 Super Kamiokande S.K a mesuré une disparition des  qui dépend de leur énergie et de leur distance d’origine; les e ont eux une intensité normale Tout est compatible avec une oscillation  -  telle que M2-M2= eV2 et A =1 S.K terre air « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

33 En résumé…Me<2 eV et
Les neutrinos semblent avoir une masse très faible mais non nulle Le phénomène d’oscillation semble exister et permet d’accéder à des différences de masse très faibles Schéma préfèré:   M2 = eV2 A=1  e m2=10-4 eV A=0.3 « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

34 Historique 1913 Chadwick spectre continu  Nobel 1934
1930 Pauli hypothèse du neutrino Nobel 1945 Reines et Cowan e (réacteur ) Nobel 1995 1962 Lederman,Schwartz,Steinberger  Nobel 1988 2002 “ DONUT” Fermilab :  Davis : disparition e Nobel 2002 Koshiba : disparition  Nobel 2002 SNO disparition e et flux total OK « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

35 Programme proche et futur
Mettre en évidence l’apparition: (du  OPERA, ICARUS) Préciser les différences de masse (MINOS) Préciser les probabilités de transition OPERA, ICARUS, MINOS Valeurs absolues des masses Moyens: super-faisceaux, détecteurs géants, 2- ( utiliser des sources de spectre bien connu) « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

36 OPERA (2006) Mise en evidence de  dans un faisceau de 
« Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003

37 A faire en plus Finir sur masse totale des nu et cosmologie(recontraction,etc) Parler Frejus+CERN Proton decay Faire un lien pour l’expose entre les sujets « Amphi Pour Tous » Jean Favier, LAPP, CNRS, Dec 2003


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