Sneller dan het licht - Plus vite que la lumière.

Fascinerend - Fascinant !

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LA LIBRE BELGIQUE

Des particules mesurées à une vitesse dépassant celle de la lumière

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Mis en ligne le 22/09/2011

S'il est confirmé par d'autres expériences, ce "résultat étonnant" et "totalement inattendu" par rapport aux théories formulées par Albert Einstein, pourrait ouvrir de nouvelles "perspectives théoriques complètement nouvelles", souligne le CNRS .

Des neutrinos, particules élémentaires de la matière, ont été mesurés à une vitesse dépassant légèrement celle de la lumière, jusqu'alors considérée comme une "limite infranchissable", ont annoncé jeudi des physiciens du CNRS. S'il est confirmé par d'autres expériences, ce "résultat étonnant" et "totalement inattendu" par rapport aux théories formulées par Albert Einstein, pourrait ouvrir de nouvelles "perspectives théoriques complètement nouvelles", souligne le CNRS (Centre national de la recherche scientifique, France) dans un communiqué.

D'après les mesures effectuées par les spécialistes de l'expérience internationale Opera, des neutrinos ont parcouru les 730 km séparant les installations du Centre européen de recherches nucléaires (CERN) à Genève du laboratoire souterrain de Gran Sasso (Italie centrale) à une vitesse de 300.006 kilomètres/seconde, soit 6 km/s de plus que la vitesse de la lumière.

"Autrement dit, sur une +course de fond+ de 730km, les neutrinos franchissent la ligne d'arrivée avec 20 mètres d'avance" sur la lumière si elle avait parcouru la même distance à travers l'écorce terrestre, précise le CNRS.

"De longs mois de recherche et de vérifications ne nous ont pas permis d'identifier un effet instrumental expliquant le résultat de nos mesures", assure le porte-parole de l'expérience Opera, Antonio Ereditato, qui se dit "impatient" de comparer ces résultats avec d'autres expériences.

"Compte tenu de l'énorme impact qu'un tel résultat pourrait donc avoir pour la physique, des mesures indépendantes s'avèrent nécessaires afin que l'effet observé puisse être réfuté ou bien formellement établi", souligne le CNRS.

"C'est pourquoi les chercheurs de la collaboration Opera ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens", ajoute-t-il.


Nouvel article dans LLB:

Plus vite que la lumière: Einstein dépassé? Guy Duplat



Mis en ligne le 25/09/2011

Des scientifiques mesurent la vitesse du neutrino. Il va plus vite que la lumière. Si cela se confirmait, c’est la théorie d’Einstein qu’il faudrait revoir!
L’information suscite un énorme intérêt dans toute la communauté mondiale des physiciens. Elle a été publiée dans la nuit de jeudi à vendredi et a fait d’emblée le sujet d’un débat au Cern, à Genève. Si les mesures se confirment, ce serait toute la théorie de la relativité d’Einstein, c’est-à-dire toute la physique moderne, qui serait remise sur le tapis.

Tout est parti d’une expérience menée au laboratoire de Gran Sasso par une équipe internationale de 150 scientifiques venus du Cern, avec une équipe de l’ULB (Pierre Vilain et Gaston Wilquet). A 150 km à l’est de Rome, dans le massif des Abruzzes, se niche en effet le plus grand labo souterrain du monde avec 18 000 m2, une énorme grotte creusée sous la montagne avec trois salles grandes comme des cathédrales, de 100 m de long et 10 m de haut chaque fois. Le laboratoire est bien protégé des rayons cosmiques par les 2 900 m de roches qui le surplombent.

Les scientifiques de l’expérience "Opera" y étudient les mutations possibles d’une particule : le neutrino.

Pour traquer cette particule "invisible", il a fallu construire un détecteur de 1 530 tonnes de plomb, chargé de recueillir les faisceaux de neutrinos venus du Cern, à Genève, à 730 km de là. Des milliards de neutrinos sont envoyés du Cern par "bouffées" et traversent la Terre comme si elle était vide. Et les chercheurs espèrent trouver dans ces faisceaux de particules invisibles des "mutants". L’expérience, qui durera quatre ans, est menée par 150 physiciens venus de 36 institutions scientifiques de 13 pays différents. Ce sont eux qui publient aujourd’hui l’information "sensationnelle".

C’est Wolfgang Pauli qui postula le neutrino en 1930 : "J’ai fait une chose terrible, disait-il. J’ai postulé une particule qui ne peut être détectée". Elle était nécessaire pour expliquer le spectre en énergie d’une désintégration bêta. Le neutrino a beau être indétectable, il fut découvert en 1956 par Cowan et Reines. Depuis, on a découvert trois "saveurs" de neutrinos, associés chaque fois à une particule (un lepton) : l’électron, le muon (électron lourd) et le tau. Ces neutrinos sont partout. A chaque seconde, le soleil nous envoie 400 000 000 000 000 (4x 1014) neutrinos. La Terre elle-même en crée 6 millions par seconde et par cm2. Notre corps lui-même en émet 340 millions par jour à cause de la radioactivité du potassium que nous avons en nous. Le problème, pour le physicien, est que ces neutrinos ont une masse quasi nulle, une charge nulle et n’interagissent pas avec la matière. Les neutrinos peuvent donc traverser la Terre entière sans être arrêtés. Ce n’est que s’ils frappent par hasard une autre particule qu’ils seront arrêtés. En cent ans, notre corps n’arrêtera qu’un seul de ces milliards de milliards de neutrinos qui le traversent. Pour les "voir", il faut construire des détecteurs géants comme "Opera", conçu pour voir si un neutrino partant du Cern sous la forme de neutrino "mu" arrive au Gran Sasso sous la forme de neutrino "tau" (comme si un chien pouvait se changer en chat).

"Opera" a permis jusqu’ici d’intercepter 15 000 neutrinos, une infime proportion des neutrinos mais un chiffre respectable. Et jusqu’ici, on a "vu" un neutrino mutant.

Mais en marge de cette expérience, les scientifiques ont calculé la vitesse des neutrinos. Le principe est simple : on calcule leur temps de vol depuis le départ du Cern jusqu’à l’arrivée dans le détecteur du Gran Sasso à 10 milliardièmes de seconde près (10 nanosecondes). Une marge d’erreur qui se compare au temps de parcours qui est de 2,4 millisecondes. On mesure d’autre part, à 20 cm près, la distance entre les deux laboratoires grâce aux mesures GPS et autres les plus précises (on tient compte du mouvement des plaques tectoniques, du séisme de L’Aquila, etc.). Ces mesures ont demandé un soin extrême.

Le résultat fut stupéfiant : en divisant la distance par le temps de parcours, on obtient une vitesse qui dépasse celle de la lumière. D’un fifrelin, certes, mais quand même. La vitesse du neutrino serait supérieure à celle de la lumière de 25 millionièmes. La particule arrive au Grand Sasso 60 nanosecondes plus vite que la lumière ne le ferait, soit six fois la marge d’erreur, ce qui pour les scientifiques est un signal très important.

Pendant des mois, les scientifiques du Gran Sasso ont recoupé leurs mesures et cherché l’erreur. Ils en sont arrivés à la nécessité de rendre public cette "bombe", en demandant à la communauté scientifique de leur dire s’il y a une faute. Aux Etats-Unis, l’expérience "Minos", semblable, pourrait tenter de confirmer ces résultats.


Savoir Plus
Grande prudence chez les théoriciens

Un raccourci? Marc Henneaux, professeur de physique mathématique à l’ULB, réagit avec une grande prudence. Il fait d’abord remarquer qu’il est curieux que des fuites dans la presse précèdent la publication officielle. Il faut, ajoute-t-il, vérifier si le neutrino est bien dans le vide sans avoir interagi avec la matière (on sait que dans l’eau, par exemple, une particule peut aller plus vite que la lumière – effet Cerenkov. La vitesse de la lumière n’est une frontière que dans le vide). Il faudra d’autres mesures avant de revoir éventuellement la relativité d’Einstein mais, si cela se confirmait, ce serait une vraie révolution. On connaît l’équation E = mc2 d’Einstein, liant la masse et l’énergie. Le “c” représente la vitesse de la lumière, 299792458 m/seconde (quasi 300000 km/sec). En voyageant, le neutrino n’irait qu’à 6 km/sec plus vite mais cela suffirait pour qu’il brise une frontière fondamentale de la physique.

En effet, Einstein a montré avec la relativité que le temps, la masse et les longueurs ne sont pas immuables mais dépendent du “référentiel” dans lequel ils se trouvent et de la vitesse relative de celui-ci. Dans notre monde habituel, cela ne fait pas de différence avec la physique newtonienne mais en approchant de la vitesse de la lumière, des effets spectaculaires apparaissent. Ainsi, si on pouvait voler à la vitesse de la lumière, le temps deviendrait immobile et on ne vieillirait plus. Mais à la vitesse de la lumière, la masse d’une particule doit être nulle. Le neutrino, avec sa masse infime, devrait avoir une vitesse très légèrement inférieure à la lumière.

Comment expliquer alors ces mesures ? Certains évoquent déjà la possibilité que notre espace-temps soit à plus que quatre dimensions (la théorie des cordes) et que le neutrino ait pu trouver un “raccourci” dans l’espace-temps en utilisant une autre dimension. D’autres évoquent la nécessité de revoir toute la théorie pour trouver une mégathéorie dont celle d’Einstein ne serait qu’un cas particulier.

Les physiciens russes Landau et Lifchitz avaient déjà étudié cette physique d’au-delà de la vitesse de la lumière. Alors les dimensions s’inversent, le temps devient réversible, le principe de causalité n’existe plus et l’espace, par contre, devient irréversible. On peut revenir en arrière dans le temps mais plus dans l’espace ! On cherche même des particules exotiques (axions, tachyons) qui pourraient aider à résoudre ces paradoxes et expliquer la mystérieuse matière noire. Mais on n’a toujours rien trouvé.

DE STANDAARD

Sneller dan het licht?

de kwestie Een brandende discussie van a tot z uitgelegd
zaterdag 24 september 2011, 03u00

Auteur: Steven Stroeykens Aanraden 30 DelenBewaarCorrigeerE-mailPrint

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Natuurkundigen denken dat ze elementaire deeltjes sneller dan het licht hebben zien bewegen. Kan dat? En als het waar is, waarom is het dan zo belangrijk?

Het is ofwel de ontdekking van de eeuw, ofwel een gênante vergissing. Een groot internationaal team natuurkundigen denkt geobserveerd te hebben hoe neutrino's, een vreemde soort elementaire deeltjes, sneller dan het licht bewogen. Nochtans staat in de handboeken dat niets sneller dan het licht kan gaan - een kosmische snelheidslimiet die is opgelegd door Albert Einsteins 'speciale relativiteitstheorie'. Als neutrino's écht sneller bewegen dan Einsteins snelheidslimiet, dan luidt die ontdekking wellicht een revolutie in de fysica in. Maar het kan ook om een vergissing gaan: een fout in de meetapparatuur, of een fout in de analyse van de meetresultaten.

Wat hebben de onderzoekers precies waargenomen?

De onderzoekers hebben neutrino's geproduceerd in het Europese lab voor deeltjesfysica Cern in Genève en die zo'n 730 kilometer verderop opgevangen, in het ondergrondse lab van Gran Sasso in Italië. De afstand tussen de twee laboratoria is bekend tot op een nauwkeurigheid van zo'n twintig centimeter. Daardoor kan berekend worden hoe snel het licht die afstand zou afleggen (in ongeveer 0,0024 seconden). De neutrino's bleken het nog iets sneller te doen: 60 nanoseconden (miljardsten van een seconde) sneller. Of een afwijking van 0,0025 procent.

Waarom is die kosmische snelheidslimiet zo belangrijk?

Licht (en een hele reeks verwante soorten straling zoals radiogolven) beweegt in een vacuüm met een snelheid van 299.792,458 kilometer per seconde (een slordige miljard kilometer per uur), vaak aangeduid met het symbool c. Volgens Albert Einsteins 'speciale relativiteitstheorie' kunnen alleen dingen zonder massa (zoals licht) met die snelheid bewegen. Deeltjes met massa (zoals neutrino's naar alle waarschijnlijkheid) kunnen c niet eens halen, laat staan overschrijden. Einsteins theorieën bevatten enkele achterpoortjes die bewegingen sneller dan het licht soms lijken toe te laten, maar geen daarvan lijkt van toepassing te zijn op de neutrino's die zich van Genève naar Gran Sasso haastten.

Dat materiedeeltjes niet sneller dan het licht kunnen bewegen is geen arbitraire snelheidslimiet die even gemakkelijk aangepast zou kunnen worden als de snelheidslimieten in het verkeersreglement. De limiet is nauw verweven in de structuur van de relativiteitstheorie, die vervolgens nauw verweven zit in een heel web van samenhangende en grondig experimenteel geverifieerde natuurkundige resultaten. Overigens zijn in 1987 neutrino's waargenomen, afkomstig van een ontploffende ster, die niet sneller dan het licht bewogen. De deeltjes voeren hun sneller-dan-licht-kunstje dus niet altijd uit. Maar als neutrino's echt in sommige gevallen sneller dan het licht kunnen bewegen, hoe weinig ook, dan moet waarschijnlijk een groot deel van de moderne natuurkunde herschreven worden.

Is het onderzoek ernstig te nemen?

De fysici die de mogelijke ontdekking hebben aangekondigd, zijn geen charlatans. Het gaat om het internationale samenwerkingsverband Opera (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) waaraan 35 onderzoeksgroepen deelnemen, van vele universiteiten en onderzoeksinstellingen, voornamelijk uit Europa. Er is één Belgisch team bij betrokken, van de ULB. De wetenschappers hebben hun resultaat opgeschreven in een gespecialiseerd artikel dat is vrijgegeven op de site arxiv.org, waar fysici steeds hun recentste resultaten bekendmaken. Het artikel, dat ondertekend is door meer dan honderd wetenschappers, is nog niet verschenen in een peer reviewed vakblad.

Is het waar?

De onderzoekers van Opera zijn zelf voorzichtig in hun conclusies. Ze hebben naar eigen zeggen hun uiterste best gedaan om alle mogelijke fouten in hun werk op te sporen. Maar omdat het om zo'n potentieel revolutionair resultaat gaat, durven ze nog niet met stelligheid van een 'ontdekking' te spreken. Ze willen hun onderzoek eerst voortzetten om nog meer mogelijke fouten te zoeken. Maar door hun publicatie willen ze collega-natuurkundigen nu al de kans geven hun werk kritisch te evalueren. Algemeen aanvaard zal het resultaat pas worden als het bevestigd wordt door andere onderzoekers, die in een ander lab op een andere manier de snelheid van neutrino's meten. Die nieuwe experimenten gaan meteen van start, onder meer in het Amerikaanse Fermilab bij Chicago.