Communiqué de presse de J-PARC : T2K a détecté l'oscillation du neutrino de l'électron

Tsukuba, Japon, 15 juin 2011. L'expérience T2K, dont l'objectif premier est d'étudier les interactions de neutrinos à une grande distance de leur source, a détecté six événements candidats pour le neutrino de l’électron, en se basant sur les données recueillies avant le 11 mars 2011. Pour la première fois, on a pu observer un indice tendant à démontrer que les neutrinos du muon sont capables de se transformer en neutrinos de l’électron, sur une distance de 295 km, par le phénomène de mécanique quantique dit d'oscillation de saveur du neutrino.

Le détecteur Super-Kamiokande, au Japon. © 2011, High Energy Accelerator Research Organization, KEK.

Le but de l'expérience T2K est d'observer des oscillations de neutrinos, phénomène par lequel un type de neutrino se transforme en un autre type de neutrino. Ces observations pourraient aider à déterminer la masse du neutrino et à élucider certaines de ses propriétés, comme la relation entre trois générations (ou types) de neutrino. T2K vise à atteindre la plus grande sensibilité de détection des neutrinos au monde grâce au détecteur Super-Kamiokande de l'observatoire de Kamioka, dans la préfecture japonaise de Gifu, à 295 km du complexe de recherche de l'accélérateur de protons japonais (J-PARC), où sont produits les neutrinos du muon. L'expérience T2K cherche en premier lieu à observer les transformations de neutrinos du muon en neutrinos de l’électron, qui se traduit par l'apparition de neutrinos de l’électron. Cette observation déterminera l'orientation future de la physique des neutrinos ; ce serait aussi une avancée importante vers la solution du mystère de la domination de la matière dans l'Univers. C'est pourquoi ce phénomène focalise l'attention de physiciens du monde entier. L'expérience T2K, qui posséderait la meilleure sensibilité au monde, a ainsi attiré plus de 500 chercheurs originaires de douze pays.

À partir de l'analyse de toutes les données recueillies par l'expérience T2K entre janvier 2010, moment où elle a atteint son rythme de croisière, et le 11 mars 2011, date à laquelle elle a été interrompue par le grand tremblement de terre survenu à l'est du Japon, Super-Kamiokande a détecté 88 événements neutrinos, dont six ont été clairement identifiés comme interactions de neutrinos de l’électron.

Lorsque des neutrinos de l'électron interagissent avec la matière, on observe une production d'électrons. Cependant, il peut également arriver que des électrons soient produits par d'autres événements, relevant du bruit de fond. Dans l'expérience T2K en cours, le nombre d'événements de bruit de fond attendu était de 1,5, si bien qu'on estime à 99,3 % la probabilité que l'apparition de neutrinos de l’électron soit avérée. C'est la première fois qu'une expérience suggère l'existence de ce phénomène.

Avant le grand séisme du 11 mars 2011, l'expérience T2K avait recueilli environ 2 % du nombre total d'événements correspondant à son objectif de départ. Après la reprise de la production de neutrinos du muon par J-PARC, prévue d'ici à fin 2011, l'expérience T2K continuera de faire le maximum pour atteindre l'objectif fixé en nombre d'événements, afin de confirmer l'apparition de neutrinos de l’électron, tout en cherchant à approfondir notre compréhension de ce phénomène en associant aux mesures avec neutrinos des mesures avec anti-neutrinos, ce qui est aussi le but de l'expérience. En outre, l'objectif des chercheurs est aussi de rechercher la violation de la symétrie CP dans les leptons afin d'explorer l'origine de la matière dans l'Univers. Pour cela, il faudra augmenter considérablement l'intensité des accélérateurs du J-PARC et améliorer les performances des détecteurs. L'apparition des neutrinos de l’électron est la clé pour détecter la violation leptonique de CP, et les résultats obtenus à partir des dernières observations semblent indiquer que l'expérience T2K a franchi un pas significatif en vue de ce futur objectif.

L'accélérateur de protons japonais (J-PARC). © 2011, High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 

T2K est une expérience reconnue par le CERN (RE13). Les contributions du CERN à T2K comprennent : le don de l’aimant UA1/NOMAD et la réalisation de mesures magnétiques ; la construction, les tests et les calibrations de détecteurs pour le « near detector » ND280 ; et des mesures précises de la production de particules par des protons de 30 GeV sur une cible carbone et sur une réplique de la cible de T2K par l’expérience NA61/SHINE.

par T2K Press Office