Les scientifiques partagent de nouveaux détails sur la mystérieuse 'particule fantôme'

(CNN) Les neutrinos, des particules dites « fantômes » dispersées dans l’univers, peuvent être 10 millions de fois plus légers que la masse d’un électron, selon une nouvelle étude.

Les neutrinos sont qualifiés de fantômes car ce sont des particules cosmiques extrêmement volatiles, ou vaporeuses, qui peuvent traverser n’importe quel type de matière sans se transformer. Ils n’ont presque pas de masse — mais maintenant les scientifiques ont calculé la masse du type de neutrino le plus léger.

Ils peuvent voyager à travers les environnements les plus extrêmes, comme les étoiles, les planètes et les galaxies entières, et rester les mêmes. Mais les neutrinos, bien que très énergétiques, n’ont pas de charge. Même le champ magnétique le plus puissant ne peut les affecter.

L’année dernière, les scientifiques ont pu retracer les origines d’un minuscule neutrino de haute énergie pour la première fois. Il a parcouru 3,7 milliards d’années-lumière jusqu’à la Terre. Il a été trouvé par des capteurs situés au plus profond de la glace de l’Antarctique dans le détecteur IceCube.

Les scientifiques et les observatoires du monde entier ont pu tracer le neutrino jusqu’à une galaxie avec un trou noir supermassif en rotation rapide en son centre, connu sous le nom de blazar. La galaxie se trouve à gauche de l’épaule d’Orion dans sa constellation et se trouve à environ 4 milliards d’années-lumière de la Terre.

Différents types de neutrinos apparaissent comme trois masses différentes, mais la plus légère était inconnue jusqu’à présent. Et les astronomes ne savent toujours pas grand-chose d’autre sur les différences entre ces trois types.

L’étude publiée jeudi dans la revue Physical Review Letters.

« Une centaine de milliards de neutrinos traversent votre pouce depuis le Soleil chaque seconde, même la nuit », a déclaré Arthur Loureiro, auteur de l’étude et étudiant PHd au département de physique &astronomie de l’University College London. « Ce sont des fantômes très faiblement interactifs dont nous savons peu de choses. Ce que nous savons, c’est qu’en se déplaçant, ils peuvent changer entre leurs trois saveurs, et cela ne peut se produire que si au moins deux de leurs masses sont non nulles. »

Le mélange de trois masses différentes est comme le mélange de saveurs de crème glacée, a-t-il dit.

« Les trois saveurs peuvent être comparées à une crème glacée où vous avez une boule contenant de la fraise, du chocolat et de la vanille », a déclaré Loureiro. « Trois saveurs sont toujours présentes mais dans des ratios différents, et le changement de ratio – et le comportement bizarre de la particule – ne peut s’expliquer que par le fait que les neutrinos ont une masse. »

L’idée que les neutrinos aient une masse a valu aux scientifiques Takaaki Kajita et Arthur McDonald le prix Nobel de physique 2015.

Pour calculer la faible masse du neutrino le plus léger, les données de 1,1 million de galaxies recueillies par des physiciens des particules et des cosmologistes ont été utilisées. Cela leur a permis de mesurer le taux d’expansion de l’univers. Les neutrinos sont répandus dans l’univers, mais difficiles à repérer. Les scientifiques ont eu besoin d’un maximum de données pour avoir tous les avantages dans leurs recherches.

« Nous avons utilisé des informations provenant de diverses sources, notamment des télescopes spatiaux et terrestres observant les premières lumières de l’Univers, des étoiles en explosion, la plus grande carte en 3D des galaxies de l’Univers, des accélérateurs de particules, des réacteurs nucléaires, etc. », a déclaré Loureiro. »Comme les neutrinos sont abondants mais minuscules et insaisissables, nous avions besoin de toutes les connaissances disponibles pour calculer leur masse et notre méthode pourrait être appliquée à d’autres grandes questions qui intriguent les cosmologistes et les physiciens des particules. »

Le superordinateur, connu sous le nom de Grace, à l’University College London a permis aux chercheurs de créer un modèle mathématique. Le superordinateur a écrasé un demi-million d’heures de calcul, ce qui aurait pris 60 ans sur un processeur unique.

Les chercheurs ont découvert que la masse était 10 millions de fois plus légère qu’un électron. Le calcul de cette masse peut aider les chercheurs qui étudient la matière noire, l’énergie noire et la structure de l’univers.