La lumière battue au sprint avec la vitesse de la lumière

La lumière battue au sprint avec la vitesse de la lumière

En ce mois de septembre, et comme pour faire suite à notre article sur la physique quantique à l’échelle macroscopique, une nouvelle ébranle le monde de la physique : Des particules auraient dépassées la vitesse de la lumière ! Le scoop vient du CERN, qui depuis le 22 septembre, rapporte les résultats d’une expérience de mesure sur la vitesse des neutrinos initiée en 2006. Toutefois, cette nouvelle reste contestée, et devra pour se confirmer être relayée par d’autres expériences. Ce scoop fait l’effet d’une bombe dans le monde des passionnés de physique, qui tremblent à l’idée de remettre en cause la théorie de la relativité, tenue comme théorie de référence depuis près d’un siècle.

L’expérience en elle même !

L?expérience OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) a pour objet de mesurer la vitesse des neutrinos. Un détecteur souterrain de neutrinos a été
construit dans le massif des Abruzzes, en Italie. Il détecte et observe un faisceau de neutrinos produits par le laboratoire de physique du Cern, en Suisse, à 730 km de là.Les photons, particules de la lumière, parcourent la distance en 2,4 millisecondes. Les physiciens d?OPERA, dont Dario Autiero, chercheur du CNRS à l’Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL), ont pourtant observé des neutrinos qui arrivaient plus vite. Sur 730 km ils auraient une avance de 20 mètres sur les photons s’ils faisaient la course, soit un gain de 60 nanosecondes sur le parcours. Des résultats très perturbants, obtenus après observation de plus de 15.000 neutrinos.

Cette petite vidéo explique succinctement et clairement l’expérience :

En 2007, un effet similaire avait déjà été détecté, mais avec un niveau de confiance beaucoup plus faible, par l?expérience MINOS (Main Injector Neutrino Oscillation Search) qui a vu des neutrinos en provenance du Fermilab (Illinois) arriver avec une légère avance. A l?époque l?équipe de MINOS a minimisé le résultat en partie à cause de la trop grande incertitude sur la position exacte du détecteur. Les neutrinos sont des particules fondamentales électriquement neutres, ayant une masse extrêmement faible et n?interagissant que très peu avec la matière. Ils sont donc extrêmement difficile à détecter.

Ainsi, pour valider leurs observations, Autiero et ses collègues ont mobilisé des spécialistes de la métrologie du Cern. Les distances et les durées ont été vérifiées à l?aide de GPS et d?horloges atomiques, pour aboutir à une marge d?incertitude de 20 cm sur les 730 km qui séparent le Cern du Gran Sasso ; et une précision de 10 nanosecondes sur les 60 qui créent l?anomalie.

On les trouve tout autour de nous. Le Soleil les produit en si grande quantité que des milliards de neutrinos nous traversent chaque seconde.

Le doute et la super-nova de 1987

la super-nova 1987A vue par Hubble

La principale remise en question des résultats de l’expérience OPERA est due à une super-nova observée en 1987.Cette année-là, la lumière d?une étoile qui avait explosé 160 000 ans plus tôt, à 160 000 années-lumière d?ici, nous parvenait. Et avec elle, comme dans toute bonne supernova qui se respecte, un déferlement de neutrinos. En faisant une règle de trois, le physicien Brian Ellis et l?astronome Phil Plait en concluent, chacun de leur côté, que si des neutrinos suisses ont franchi 730 km avec 60 milliardièmes de seconde d?avance, ils auraient dû franchir 160 000 années-lumière avec quatre ans d?avance. Autrement dit, nous aurions dû détecter les neutrinos de cette supernova quatre ans avant de voir la supernova.

Mais voila, ce n’est pas le cas !

Certains avance que cela est peut-etre dû à une différence de neutrinos entre ceux de la super nova de 1987 et ceux, muoniques de l’expérience OPERA. Les deux types de neutrinos n’auraient pas la même énergie, donc pas la même vitesse.

D’autre pousse l’hypothèse d’un passage des particules par un monde parallèle, permettant de réduire la distance effective et alors d’augmenter, « relativement », la vitesse apparente.

Les enjeux sur la théorie de la relativité d’Albert Einstein

Depuis la théorie de la relativité d’Albert Einstein au début du XXe siècle, la vitesse de la lumière est considérée comme une limite absolue, infranchissable. Toute la physique moderne repose sur cette hypothèse, jamais démentie jusqu’alors. La mécanique quantique a commencé à remettre en question cette limite, en constatant la vitesse de communication instantanée (en tous cas, au-delà des limites des instruments de mesure) des particules entre elles lors du phénomène d’intrication quantique.  Mais ce phénomène porte plus à se demander comment les particules « communiquent » entre elles, et quel est ce lien mystérieux de l’intrication.

L’expérience menée par le CERN va plus loin dans la remise en cause de la limite de la vitesse de la lumière, car elle rapporte une expérience de mesure effective de la vitesse d’une particule, au-delà de la vitesse de la lumière !

Si ce résultat venait à être confirmé, c’est tout un pan de la physique et notre vision actuelle du monde qui serait remise en cause. Il apparait alors urgent d’établir cette nouvelle théorie unificatrice, en laquelle croient de nombreux physiciens de renom tel Stephen Hawking, qui irait au-delà de la relativité et clarifierait la physique quantique.

La célèbre équation E=mc2, qui relie l?énergie, la masse et la vitesse de la lumière dans le vide (le c de l?équation), devra-t-elle être réécrite ?

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