Plus vite que la lumière ! : n°43, novembre 2011

Plus vite que la lumière !

Dario Autiero sur le site de Gran Sasso - JPEG Une particule élémentaire, le neutrino, se déplacerait plus vite que la lumière ! C’est ce que révèlent les mesures effectuées par une équipe française de scientifiques dirigée par Dario Autiero, chercheur du Centre national de la Recherche scientifique à l’Institut de physique nucléaire de Lyon et responsable de l’expérience internationale OPERA.

Partis de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, près de Genève, les neutrinos ont été détectés 730 km plus loin, depuis le laboratoire souterrain de Gran Sasso, en Italie. Résultat : les neutrinos arrivent avec une avance significative et voyagent plus vite que la lumière. Si les données sont confirmées, les retombées seront immenses et pourraient ouvrir des perspectives théoriques complètement nouvelles.

Jusqu’ici, la vitesse de la lumière a toujours été considérée comme une barrière infranchissable, d’après la théorie de la relativité d’Albert Einstein, l’un des piliers de la physique, dont tout le monde connaît la formule : E = MC2. Pourtant, des chercheurs du Centre national de la Recherche scientifique (CNRS), à l’Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL), ont découvert l’existence de neutrinos, des particules qui vont plus vite que la lumière.

Ces résultats stupéfiants ont été annoncés au terme de trois années de mesures de très haute précision et d’analyses complexes, menées par Dario Autiero et son équipe. Les chercheurs travaillent au laboratoire de Gran Sasso (dans les Abruzzes, en Italie centrale) sur le dispositif de l’expérience internationale OPERA. Le dispositif consiste à émettre des neutrinos via l’accélérateur de particules du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire). Les neutrinos, particules élémentaires de masse presque nulle et de charge électrique neutre, arrivent 730 km plus loin, dans le laboratoire du Gran Sasso, où ils ont été recueillis par des détecteurs géants.

Cette distance, la lumière la parcourt en 2,4 millièmes de secondes, à 299 792 km par seconde. L’expérience OPERA, inaugurée en 2006, a pu mesurer des neutrinos arrivant à Gran Sasso 60 nanosecondes (ou 60 milliardièmes de seconde) plus tôt que ne l’auraient fait des rayons lumineux. Les neutrinos parcourent une distance de 730 km avec 20 mètres d’avance sur des photons hypothétiques ayant parcouru la même distance.

Dans un communiqué du CNRS, Dario Autiero explique : « Nous avons mis en place un dispositif entre le CERN et le Gran Sasso nous permettant une synchronisation au niveau de la nanoseconde et mesuré la distance entre les deux sites à 20 centimètres près. Ces mesures présentent de faibles incertitudes et une statistique telle que nous accordons une grande confiance à nos résultats. Nous avons donc hâte de confronter nos mesures avec celles en provenance d’autres expériences, car rien dans nos données ne permet d’expliquer pourquoi nous semblons observer des neutrinos en excès de vitesse ».

Quatre laboratoires du CNRS sont impliqués dans l’expérience OPERA : l’Institut de physique nucléaire de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard-Lyon 1) ; l’Institut pluridisciplinaire Hubert Curien (CNRS/Université de Strasbourg) ; le laboratoire de l’accélérateur linéaire (CNRS/Université Paris Sud 11) ; le Laboratoire d’Annecy le Vieux de physique des particules (CNRS/Université de Savoie).

Les résultats publiés par le CERN et le CNRS ont été recueillis sur les trois dernières années, ce qui représente plus de 16000 neutrinos détectés. Avec une marge d’erreur de seulement 10 milliardième de seconde. Mais les chercheurs de l’expérience OPERA ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens. Les scientifiques internationaux ont ainsi traqué la moindre faille dans leurs expériences pour arriver au même résultat : les neutrinos arrivent bien plus tôt que prévu et ont voyagé plus vite que la lumière.

Le laboratoire souterrain de Gran Sasso, situé à 120 km au sud de Rome, est le plus grand de ce type au monde pour la physique des particules et les recherches cosmiques. Environ 750 scientifiques provenant de 22 pays y travaillent.

Actuellement, les scientifiques du dispositif américain Minos cherchent à répliquer les travaux de l’expérience OPERA et devraient pouvoir livrer leurs premiers résultats en 2012. L’équipe japonaise Tokai to Kamioka, de son côté, réalise des tests, mais sur 300 km seulement.

Réalisée de 2009 à 2011, cette importante expérience internationale a impliqué près de 200 physiciens. Pour la communauté de la physique des hautes énergies, il s’agit désormais de confirmer ce résultat par d’autres mesures et d’autres analyses ; pour les théoriciens, le moment est peut-être venu d’intégrer cette vitesse supérieure à la lumière, véritable constante universelle, aux travaux sur la physique des particules de demain.

Annik Bianchini

Sites Internet

http://www.cnrs.fr : Centre national de la Recherche scientifique

http://www.cern.ch : Organisation européenne pour la recherche nucléaire

Dernière modification : 06/01/2012

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