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Nous nous rapprochons de la compréhension de la raison pour laquelle l’Univers est fait de matière et non d’antimatière. Cela pourrait être dû à la façon dont les neutrinos changent de saveur.

La façon dont les neutrinos changent de saveur

Nos principales théories nous disent que, dans les moments qui ont suivi le Big Bang, il y avait une quantité égale de matière et d’antimatière. Les deux s’annihilent lorsqu’ils se rencontrent, ce qui signifie que l’Univers devrait contenir de l’énergie et pas de matière. D’une manière ou d’une autre, une grande partie de la matière a échappé à ce sort, et s’est finalement transformée en étoiles, en planètes et en humains. La raison demeure un mystère.

Mais il y a des indices. Une théorie nous dit que pour chaque type de particule de matière, il y a une particule d’antimatière qui correspond exactement à l’autre, sauf qu’elle a une charge électrique opposée. Ce concept s’appelle la symétrie CP. Pour qu’une certaine matière ait survécu à l’Univers primitif, il doit y avoir d’autres différences entre la matière et l’antimatière – ces différences sont appelées violation CP.

La violation du CP a été mesurée dans certaines particules, appelées quarks, mais le niveau est loin d’être suffisant pour expliquer le déséquilibre observé entre la matière et l’antimatière. Aujourd’hui, la collaboration entre Tokai et Kamioka (T2K) a observé des indices selon lesquels la violation du CP dans les neutrinos pourrait combler cette différence.

Trois types de saveurs

Il existe trois types, ou saveurs de neutrinos : l’électron, le muon et le tau. En voyageant, les neutrinos peuvent changer ou osciller parmi ces saveurs. L’expérience T2K au Japon est conçue pour mesurer ces oscillations en tirant des faisceaux de neutrinos ou d’antineutrinos à 295 kilomètres à travers le sol et en mesurant quels arômes sont présents au début et à la fin du voyage des neutrinos.

Federico Sanchez et ses collègues de T2K ont examiné les données relatives aux changements de saveur des neutrinos et antineutrinos du muon entre 2009 et 2018, en recherchant ces différences entre les oscillations des faisceaux de neutrinos et d’antineutrinos. Ils ont exclu la symétrie CP avec un niveau de confiance de 95 % – en fait, les données favorisaient le plus grand nombre possible de violations du CP.

Au cours des dix dernières années, les indices de violation du PC dans les données T2K se sont lentement accumulés. « L’image qui se dégage de cet article est apparue progressivement », déclare Edward Blucher de l’Université de Chicago. « C’est comme une image photographique qui est devenue de plus en plus nette au cours de la dernière décennie. »

Les oscillations des neutrinos violent de la symétrie du CP

Nous ne sommes pas encore tout à fait sûrs que ces oscillations des neutrinos violent de la symétrie du CP, cependant. « La solution la plus probable est une violation maximale du CP, mais nous n’avons pas encore réfuté tous les moyens possibles d’obtenir une violation du CP », déclare M. Sanchez. En physique des particules, les chercheurs ont généralement besoin d’un niveau de confiance de 99,99994 % avant de déclarer une découverte.

Et même si ces oscillations produisent la violation maximale possible du CP, nous ne sommes pas sûrs que cela suffise à expliquer complètement le déséquilibre entre la matière et l’antimatière. « Étudier l’Univers, c’est comme construire un bâtiment, il faut donc comprendre et mesurer chaque brique », explique M. Sanchez. « Si, au final, cela ne suffit pas à produire l’asymétrie matière-antimatière – c’est quand même une brique importante ».

L’ampleur de la violation du CP sera probablement découverte par les expériences sur les neutrinos sur lesquelles on travaille actuellement, comme l’expérience T2HK au Japon ou DUNE aux États-Unis.

D’autres expériences confirmeront cette violation du CP

« C’est beaucoup plus un effort de type marathon qu’un sprint, et ce travail représente un premier pas important », déclare M. Blucher. « Si ces indices de la violation importante du CP s’avèrent corrects, il y a de fortes chances que la prochaine génération d’expériences le confirme relativement vite, dans les 15 prochaines années ».

Cette recherche a été publiée dans Nature.

Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay