Mise à jour le 9 Sept 2018
CONFÉRENCE
d’Etienne KLEIN,
Philosophe et
Physicien CEA Directeur du
LARSIM.
Patronage de la
Mairie du 13ème arrondissement et de Paris-Diderot
« Ettore Majorana
et Bruno Pontecorvo : mystères et neutrinos »
Le Mercredi 5
Septembre 2018 salle Totem Paris 13
Photos : JPM ou autre pour l'ambiance. (Les photos avec plus de
résolution peuvent
m'être demandées
directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir
les crédits des autres photos si nécessaire
Une vidéo de la conférence englobant les slides a été produite.
( https://www.youtube.com/watch?v=c7YEEFuzKu8&t=3s)
BREF COMPTE RENDU
Tout le monde connaît Étienne Klein, ce n’est donc pas facile de
le présenter de façon originale.
Centralien et DEA de physique théorique, mais c’est aussi un
philosophe avec son doctorat en philosophie des sciences.
Il entre au CEA et dirige le LARSIM :
Laboratoire de recherche sur les sciences de la matière à Saclay, labo situé au
sein de l’IRFU, l’Institut de Recherches sur
les lois Fondamentales de l’Univers.
Il enseigne à l’École Centrale.
C’est Michel Cribier (à droite sur la photo) du département des
particules, qui présente le conférencier ce soir.
Il a d’ailleurs publié un excellent ouvrage (avec M Spiro et D
Vignaud) sur « La
lumière des neutrinos »
Il introduisait son ouvrage par les mots suivants que je
reprends :
« Le temps de lire ces lignes, et votre corps aura été traversé
par quelques millions de milliards de neutrinos en provenance du Soleil !
Cette particule énigmatique et fantasque, suspectée dès 1930, n'a
été mise en évidence qu'en 1956. Elle est depuis devenue membre à part entière
du bestiaire des physiciens.
Non content de jouer un rôle capital dans les phénomènes
nucléaires, le neutrino est devenu un messager essentiel du cosmos : il nous
renseigne sur le cœur du Soleil et la vie des étoiles, comme sur leur mort dans
les explosions des supernovas, ou sur les premiers instants de l'Univers. Grâce
à lui, la microphysique jette une lumière nouvelle sur le cosmos.
Le neutrino, par la multiplicité de ses manifestations, la
subtilité de ses propriétés, l'ingéniosité des physiciens qui le traquent, est
l'acteur vedette des scènes les plus excitantes de la physique contemporaine. Il
était temps de conter son histoire. »
Et c’est ce que va s’attacher à faire Etienne Klein en nous
parlant de deux grands physiciens qui ont contribué à la caractérisation de
cette particule.
INTRODUCTION.
Je m’inspire de textes que j’ai déjà écrits en intro sur ce sujet
pour ceux qui n’ont aucune connaissance de cette particule.
Les neutrinos sont apparus suite à une anomalie que l'on avait
détectée avec le rayonnement Bêta.
La désintégration bêta moins, c'est la transformation d'un
neutron d'un noyau en proton, la désintégration bêta plus est la transformation
d'un proton en neutron.
Dans la radioactivité bêta moins, un électron était éjecté du
noyau avec une énergie variable ce qui semblait prouver qu'une certaine quantité
d'énergie était émise (conservation de l'énergie, une grande loi de la physique)
mais non détectée.
Les lois
de conservation de l'énergie n'étaient plus respectées, ce qui posait
problème. Désaccord entre théorie et expérience !
C'est Wolfgang
Pauli, qui émit l'hypothèse qu’une particule inconnue emportant l'énergie
manquante, devait être émise à l'occasion de cette réaction.
Cette particule "virtuelle" n'est pas encore détectée, mais elle
sera baptisée neutrino par Enrico Fermi.
Son symbole : n
À cette occasion E Klein, nous parle de « l’effet Pauli », on dit
que partout où il passait, tous les instruments de mesure se mettaient en
panne !!
En fait lors de l'émission bêta moins, c'est un anti-neutrino qui
est émis suivant la réaction :
Le neutrino n'a
en fait été détecté que près de 25 ans plus tard, en 1956.
Ensuite Brookhaven, le CERN et le Fermilab mettent en évidence
les différentes sortes de neutrinos.
Les dernières expériences montrent qu'il ne peut exister QUE
trois sortes de neutrinos.
Comment
interagissent les neutrinos ??
Très faiblement !
Ce sont de vrais passe-muraille !
Si les neutrinos ont une masse, lorsqu'ils se déplacent, ils
peuvent se transformer (plus ou moins totalement) d'une espèce dans une autre.
Le phénomène est périodique en fonction de la distance L entre la
source et le détecteur et prend le
nom d'oscillations
(Illustration D Vignaud)
Ces particules semblent indétectables, elles interagissent pour
ainsi dire pas avec la matière.
Ce n’est qu’en 1956 que
Reines
et Cowan montèrent une expérience pour détecter des neutrinos, c'est
l'époque des premiers réacteurs nucléaires et nos deux physiciens pensèrent
qu'un important débit de neutrinos devait être produit à l'occasion de ces
réactions nucléaires (désintégration bêta qui suit tout le processus de
désintégration et qui émet des neutrinos, en fait des anti neutrinos).
En effet, le réacteur de Savannah River suivant qu’il est éteint
ou en marche ne donne pas le même nombre de neutrinos :
BRUNO
PONTECORVO.
Il est né à Pise en 1913, il est peu connu du grand public.
Il étudie la physique à l’Université de Rome, La Sapienza sous la
direction de Fermi.
En 1934 il est recruté par Fermi et devient avec quelques autres
ce que l’on va appeler les « Via
Panisperna boys », dont E Majorana fera aussi partie. Fermi avait la
particularité avant d’embaucher définitivement ses étudiants de leur faire
passer une série de tests pendant 6 mois !
Un peu plus tard il quitte l’Italie pour Paris où il travaille
avec Irène et Frédéric Joliot-Curie.
Il adhère aux idées communistes à cette époque.
Au
début de la guerre, il trouve refuge aux Etats-Unis, mais attire l’attention du
FBI. Il déménage ensuite en Grande Bretagne, où il va travailler dans
l’industrie atomique au centre de Harwell !
Photo : Marianne, Gil et Bruno Pontecorvo en 1940 à Tulsa (crédit
Gil Pontecorvo)
Mais, on pense (pas très clair !) qu’il s’adonne à des activités
d’espionnage (à l’époque son collègue Klaus Fuchs est arrêté pour espionnage !),
il est exfiltré en Union
Soviétique en 1950, où il va faire partie de la Nomenklatura pendant un
certain nombre d’années.
Il travaille à l’usine atomique de Dubna.
Il prédit
l’oscillation des neutrinos et explique ainsi le mystère des neutrinos
solaires.
Il meurt en 1993 et comme le signale E Klein, il aura passé
exactement la moitié de sa vie à l’Ouest et l’autre à l’Est.
On ne sera donc pas surpris que ses cendres soient réparties
exactement entre Rome et Dubna suivant sa volonté.
De nombreux mystères restent à résoudre autour de sa vie
aventureuse !
ETTORE
MAJORANA.
Il est né à Catane en Sicile en 1906 issu d’une famille aisée.
Quatrième enfant sur cinq.
Bac à 16 ans, faculté d’ingénierie de Rome ensuite. Brillant
mathématicien. Se lie d’amitié avec Emilio Segré futur Prix Nobel.
Il est repéré en 1926 par Fermi qui était nommé à la chaire de
physique théorique. Majorana le persuade immédiatement de sa grande qualité lors
d’une anecdote concernant des calculs compliqués qu’il remet au bout d’une nuit
à celui-ci.
Dans ce groupe des boys de la rue Panisperna, certains ont des
surnoms : Fermi est bien sûr le Pape ; Persico le Cardinal, Majorana le Grand
Inquisiteur etc..
En 1929 il obtient son doctorat avec la note maximale.
Il propose des
théories sur les
particules élémentaires et sur les neutrinos. Il s’intéresse aussi à
l’effet Tunnel.
Il publie de nombreux articles qui sont une contribution majeure
à la physique nucléaire.
Il part pour Leipzig en 1932 où il rencontre Heisenberg.
À son retour en Italie, il est devenu différent, renfermé sur
lui-même, bref on ne sait pas pourquoi.
A-t-il pris conscience de la guerre imminente, de la bombe
atomique ?....
Il participe à la production des premiers transuraniens,
notamment l’élément 93 (qui va devenir le Neptunium).
En 1937 crée un poste pour lui à l’Université de Palerme, où il
s’installe en 1938.
Il écrit un article prémonitoire :
le neutrino est sa
propre anti-particule (ce sera la caractéristique de toutes les
particules qui s’appelleront de Majorana).
Lorsque ce n’est pas le cas, on dit que c’est une particule de
Dirac.
La question est toujours posée pour le neutrino.
Au cours d’une nuit de Mars 1938, il prend le bateau entre
Palerme et Naples et…disparait.
On ne retrouvera jamais son corps, il a 31 ans.
Encore un mystère !
suicide ? enlèvement ? meurtre ?
En conclusion, Etienne Klein, nous parle de nouveau champ de
recherche concernant le neutrino.
Si on pouvait démontrer que le neutrino est une particule de
Majorana (sa propre antiparticule) on pourrait accéder à une nouvelle physique.
On pourrait presque expliquer l’asymétrie matière-antimatière.
Cette démonstration pourrait venir du procédé appelé
double
désintégration béta avec neutrino.
Comme précisé par le conférencier, ce processus est rare mais
autorisé par le modèle standard.
Quelques mots sur
la « masse » des
neutrinos.
Que ce soit le neutrino solaire ou atmosphérique, il s'est donc
bien transformé, et s'il est ainsi passé d'une saveur à une autre, les lois de
la physique quantique imposent qu'il ait une masse et que celle-ci soit
différente pour chaque saveur!
Des neutrinos de masse nulle ne pourraient pas osciller d'une
saveur à une autre, les lois physiques l'interdisent (les masses doivent être
différentes pour changer de saveur, donc les masses ne peuvent pas être nulles
!), ce qui prouve bien qu'ils ont une masse.
Elle serait au plus de l'ordre de un million à 10 millions de
fois plus faible que celle de l'électron.
Donc une très faible masse, mais non nulle.
Signalons aussi une particularité de la masse des neutrinos, on
pense que c’est la seule particule dont la masse n’est pas donnée par le champ
de Higgs.
POUR ALLER PLUS LOIN :
BIBLIOGRAPHIE D’ETIENNE KLEIN :
Livre conseillé :. Le pays qu'habitait Albert Einstein d’Étienne Klein chez
Actes Sud
En cherchant Majorana: Le physicien absolu
SITES INTERNET :
Le Pays qu’habitait Einstein : CR de la conf SAF d’Etienne Klein du 11 Janv
2017
L’Univers a-t-il connu un instant Zéro ? : CR de la conf. SAF d’Etienne
Klein du 12 Mars 2014
Mathématiques et Physique : CR de la conf IAP d’Etienne Klein du 5 Janv 2016
Neutrinos, de B Pontecorvo au Nobel 2015 : CR conf SAF de D Vignaud du 10
Nov 2017
Le monde étrange des neutrinos : CR de la conférence SAF de Th Lasserre du
10 Dec 2014
Oscillating Neutrinos : CR conf Prix Nobel de Physique 2015 à la Sorbonne du
6 Avril 2016
La matière noire et le neutrino stérile par Th Lasserre du CEA dans le cadre
de l'école Chalonge
Les neutrinos, rencontre du 4ème type : CR de la conf CEA de TH Lasserre du
19 juin 2014
Noyaux Et Particules Science Et
Histoire
ENRICO FERMI : L’Ingénieur Quantique par Alain Bouquet
La radioactivité bêta trahira-t-elle les neutrinos de Majorana ? par Futura
Sciences.
Etienne
Klein, En cherchant Majorana. Le physicien absolu.
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin
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