Samedi-sciences (46) : terminus pour les neutrinos supraluminiques

Une partie du détecteur OPERA © Equipe OPERA Une partie du détecteur OPERA © Equipe OPERA
Finalement, les neutrinos ne vont pas plus vite que la lumière. Telle est la conclusion sans appel d’une session spéciale qui s’est tenue vendredi 8 juin, dans le cadre de la vingt-cinquième Conférence internationale sur la physique des neutrinos, à Kyoto, au Japon. Les résultats de cinq équipes de physiciens confirment tous que les « neutrinos supraluminiques » sont le produit d’une erreur de mesure. Jusqu’à nouvel ordre, toutes les particules respectent la limitation cosmique de la vitesse de la lumière, en accord avec la théorie de la relativité restreinte formulée en 1905 par Albert Einstein.

Les neutrinos supraluminiques ont été propulsés sur la scène médiatique en septembre 2011 par une équipe internationale de physiciens du CERN, l’organisation européenne pour la recherche nucléaire. Cette équipe, travaillant sur le détecteur de neutrinos Opera, installé sous le massif du Gran Sasso, dans les Abbruzzes, avait enregistré un excès de vitesse contraire aux lois de la physique en vigueur.

Sur un parcours de 730 kilomètres entre Genève et le Gran Sasso, les neutrinos avaient été chronométrés en un temps inférieur de 60 nanosecondes à celui qu’aurait mis un faisceau lumineux pour effectuer le même trajet. L'écart de temps, 60 milliardièmes de seconde, était infime, et correspondait à un excès de vitesse de l’ordre de 0,0025%. Mais même minuscule, le dépassement de la vitesse de la lumière contrevenait aux principes de la relativité, qui ont été validés par de multiples données expérimentales depuis un siècle.

En novembre 2011, l’équipe Opera aggravait son cas en annonçant de nouveaux résultats confirmant l’excès de vitesse supraluminique. Qui plus est, la nouvelle mesure était plus précise et répondait à certaines objections élevées par les physiciens lors de la première publication.

Fallait-il donc remettre en cause l’édifice théorique construit par Albert Einstein ? Et Jim Al-Kahlili, professeur de physique à l'université du Surrey, était-il condamné à l’indigestion, lui qui avait déclaré : «Si l'expérience du Cern s'avère correcte et que les neutrinos ont vraiment dépassé la vitesse de la lumière, je veux bien manger mon boxer-short en direct à la télévision» ?

L’objectivité impose d’accorder aux physiciens de l’équipe d’Opera qu’ils ont fait preuve d’une grande modération dans leurs déclarations, même si certains chercheurs jugent que leurs annonces étaient prématurées.

Dans un communiqué de novembre 2011, Fernando Ferroni, président de l'institut italien INFN qui gère le détecteur Opera, faisait assaut de modestie: «Une mesure si délicate et qui peut avoir de profondes conséquences sur une théorie aussi solide que la relativité restreinte d'Einstein demande un niveau extraordinaire de vérification. L'expérience Opera, grâce à un faisceau du Cern spécialement adapté, a réalisé un test crucial de la cohérence de son résultat. L'issue positive de ce test nous rend plus confiants dans le résultat, mais le dernier mot ne peut venir que d'une confirmation par une expérience analogue réalisée ailleurs dans le monde

Le dernier mot est en fait venu à la fois de contrôles effectués sur le dispositif OPERA et de plusieurs expériences. En février 2012, l’équipe Opera découvrait qu’un défaut de câblage sur une fibre optique pouvait introduire un retard dans le chronométrage, et expliquer ainsi l’excès de vitesse constaté précédemment.

En mars 2012, une autre équipe du CERN, celle de l’expérience Icarus, réalisait une mesure qui contredisait les résultats d’Opera. Peu de temps après, on apprenait la démission de deux des responsables de l’équipe Opera, son porte-parole, Antonio Ereditato (université de Berne, Suisse), et son coordinateur pour la physique, Dario Autiero (Institut de physique nucléaire de Lyon). Autiero laissait entendre que son départ était lié à de fortes tensions au sein de l’équipe, tensions qui apparemment préexistaient à l’affaire des neutrinos.

Depuis, deux autres équipes du CERN, celle de l’expérience Borexino (détecteur de neutrinos solaires de basse énergie) et celle du LVD (Large volume detector, détecteur à grand volume), ont refait les mesures. L’équipe Opera a également effectué un nouveau test. Les quatre groupes du CERN ont présenté leurs résultats le 8 juin, en même temps qu’une équipe américaine, celle du détecteur Minos, dépendant du Fermilab, près de Chicago. Les cinq équipes sont d’accord : les neutrinos circulent à la vitesse de la lumière, ni plus ni moins.

Image satellite du Fermilab © U.S. Geological Survey Image satellite du Fermilab © U.S. Geological Survey

Le Cern a publié un communiqué dans lequel il confirme que la mesure initiale d’Opera qui a déclenché toute l’histoire pouvait « être attribuée à un élément défectueux d’un système à fibres optiques de mesure du temps ». Selon Sergio Bertolucci, directeur de la recherche au CERN, même si le résultat final « n’est pas aussi sensationnel que certains l’auraient souhaité, a déclaré Sergio Bertolucci,  il correspond à ce que nous attendions tous au fond de nous-mêmes. »

Bertolucci a ajouté ce commentaire : « La nouvelle avait frappé l’imagination, et elle a été pour le public l’occasion de voir en action ce qu’est la méthode scientifique : un résultat inattendu a été soumis à l’examen des scientifiques, a été étudié en détail, et la solution a été trouvée en partie grâce à la collaboration entre des expériences qui sont normalement concurrentes.C’est ainsi que la science avance ! » Ou du moins, qu’elle ne recule pas…

 

 

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