Physique des neutrinos: Expérience T2K

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Description

Cette séance de cours couvre l'expérience T2K, en se concentrant sur l'observation de l'apparence des neutrinos électroniques dans un faisceau de neutrinos muoniques pour mesurer l'angle de mélange 013. Il traite de la configuration expérimentale, des résultats et des implications pour la violation de CP et la détermination de la hiérarchie de masse dans le secteur du lepton.

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Le neutrino électronique est un lepton qui n'a pas de charge électrique. Avec l'électron, il constitue la première génération de leptons, d'où le nom de « neutrino électronique ». Le neutrino électronique a d'abord été théorisé par Wolfgang Pauli en 1930, pour tenir compte de la non-conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie dans la désintégration bêta, et a été découvert en 1956 par une équipe dirigée par Clyde Cowan et Frederick Reines (voir Expérience du neutrino de Cowan et Reines).

La physique des particules ou la physique subatomique est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle aussi parfois physique des hautes énergies car de nombreuses particules élémentaires, instables, n'existent pas à l'état naturel et peuvent seulement être détectées lors de collisions à hautes énergies entre particules stables dans les accélérateurs de particules.

En physique des particules, la violation de CP est une violation de la symétrie CP, c'est-à-dire de la combinaison de la symétrie C (symétrie de conjugaison de charge) et de la symétrie P (symétrie de parité). La symétrie CP indique que les lois de la physique devraient être les mêmes si une particule est échangée avec son antiparticule (symétrie C) tandis que ses coordonnées spatiales sont inversées (symétrie P, ou « miroir »).

Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Les neutrinos sont des fermions de , plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres. Il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique. L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.

vignette|Phénomène périodique L'oscillation du neutrino est un phénomène de la mécanique quantique dans lequel un neutrino créé avec une certaine saveur leptonique (neutrino électronique, muonique ou tauique) peut être mesuré plus tard ayant une saveur différente. La probabilité d'avoir une valeur donnée de cette propriété varie de façon périodique alors que la particule se propage. L'oscillation du neutrino est d'intérêt tant théorique qu'expérimental, puisque l'observation de ce phénomène implique la non-nullité de la masse de la particule, .