{"id":4428,"date":"2023-01-23T10:03:36","date_gmt":"2023-01-23T10:03:36","guid":{"rendered":"https:\/\/t2k-experiment.org\/?page_id=4428"},"modified":"2023-01-24T15:03:02","modified_gmt":"2023-01-24T15:03:02","slug":"a-propos-de-t2k","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/t2k-experiment.org\/fr\/a-propos-de-t2k\/","title":{"rendered":"A propos de T2K"},"content":{"rendered":"
\"Carte

Carte du Japon montrant Tokai et Kamioka.<\/p><\/div>\n

T2K (Tokai to Kamioka) est une exp\u00e9rience situ\u00e9e au Japon, qui \u00e9tudie l\u2019oscillation sur une grande distance de propagation. Les neutrinos sont des particules \u00e9l\u00e9mentaires qui existent en trois “saveurs” : \u00e9lectronique, muonique et tauique. Ils n\u2019interagissent que par interaction faible et sont tr\u00e8s difficiles \u00e0 d\u00e9tecter puisqu\u2019ils n\u2019interagissent que tr\u00e8s peu avec la mati\u00e8re. Les neutrinos \u00e9lectroniques sont produits en tr\u00e8s grand nombre dans le Soleil, et ces neutrinos solaires peuvent traverser la Terre sans interagir.<\/p>\n

T2K a recherch\u00e9 les oscillations se produisant entre les neutrinos muoniques et les neutrinos \u00e9lectroniques, et a annonc\u00e9 les premi\u00e8res indications exp\u00e9rimentales du ph\u00e9nom\u00e8ne en juin 2011. Ces oscillations n’avaient alors encore jamais \u00e9t\u00e9 observ\u00e9es par quelconque exp\u00e9rience ant\u00e9rieure. T2K effectue \u00e9galement la mesure des oscillations entre les neutrinos muoniques et les neutrinos tauiques (qui ont d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 observ\u00e9es par de pr\u00e9c\u00e9dentes exp\u00e9riences). L\u2019exp\u00e9rience effectuera les mesures les plus pr\u00e9cises \u00e0 ce jour de ces probabilit\u00e9s d\u2019oscillations et de la diff\u00e9rence entre les masses des neutrinos (pour \u00eatre pr\u00e9cis, T2K mesure la diff\u00e9rence entre les carr\u00e9s de ces masses).<\/p>\n

Le faisceau de neutrinos de T2K<\/h2>\n
\"Sch\u00e9ma

Sch\u00e9ma de l’exp\u00e9rience T2K.<\/p><\/div>\n

L’exp\u00e9rience T2K envoie un faisceau intense de neutrinos muoniques produits \u00e0 Tokai, sur la c\u00f4te est du Japon, jusqu’\u00e0 Kamioka, \u00e0 295 km \u00e0 l’ouest du Japon. Le faisceau de neutrinos est produit par les collisions d\u2019un faisceau de protons avec une cible en graphite ; ces collisions produisent des pions, qui sont ensuite focalis\u00e9s en un faisceau par des dispositifs magn\u00e9tiques appel\u00e9s “cornes”. Les pions se d\u00e9sint\u00e8grent rapidement en muons et en neutrinos muoniques. Les muons et tous les protons et pions restants sont arr\u00eat\u00e9s par une deuxi\u00e8me couche de graphite beaucoup plus \u00e9paisse (c\u2019est l\u2019absorbeur de faisceau ou \u201cbeam dump\u201d en anglais). Les neutrinos quant \u00e0 eux traversent cet absorbeur. L’\u00e9nergie des neutrinos du faisceau est importante car les oscillations en d\u00e9pendent : les neutrinos de faible \u00e9nergie oscillent sur une distance plus courte que les neutrinos de haute \u00e9nergie. Le faisceau de neutrinos de T2K a une gamme d’\u00e9nergie centr\u00e9e autour des 600 MeV : c\u2019est l\u2019\u00e9nergie \u00e0 laquelle les neutrinos muoniques sont les plus susceptibles d’osciller apr\u00e8s avoir parcouru 295 km.<\/p>\n

T2K a \u00e9galement commenc\u00e9 (en 2014) \u00e0 prendre des donn\u00e9es en utilisant un faisceau d\u2019antineutrinos muoniques. La th\u00e9orie du Big Bang pr\u00e9dit que des quantit\u00e9s \u00e9gales de mati\u00e8re et d’antimati\u00e8re ont \u00e9t\u00e9 produites lors des premiers instants de l\u2019univers et on ne comprend pas encore pourquoi l’univers actuel est enti\u00e8rement compos\u00e9 de mati\u00e8re. L’utilisation d’un faisceau d’antineutrinos pourrait permettre de trouver la solution \u00e0 ce probl\u00e8me en comparant les probabilit\u00e9s d\u2019oscillation des antineutrinos (antimati\u00e8re) avec celles des neutrinos (mati\u00e8re).<\/p>\n

Les d\u00e9tecteurs de T2K<\/h2>\n
\"Sch\u00e9ma

Sch\u00e9ma du d\u00e9tecteur ND280.<\/p><\/div>\n

Il est essentiel que la direction du faisceau de neutrinos soit stable \u00e0 un vingti\u00e8me de degr\u00e9 pr\u00e8s, et que l’intensit\u00e9 du faisceau soit constante dans le temps. Des contr\u00f4les de la direction et de l’intensit\u00e9 du faisceau sont effectu\u00e9s quotidiennement \u00e0 l’aide du d\u00e9tecteur INGRID (Interactive Neutrino GRID) compos\u00e9 de plaques de fer afin de maximiser les interactions des neutrinos. Ce d\u00e9tecteur est situ\u00e9 \u00e0 280 m\u00e8tres de la cible, au centre th\u00e9orique du faisceau de neutrinos.<\/p>\n

T2K \u00e9tudie les oscillations de neutrinos avec deux d\u00e9tecteurs distincts, tous deux situ\u00e9s \u00e0 2,5 degr\u00e9s du centre du faisceau de neutrinos. Le d\u00e9tecteur proche ND280 se trouve \u00e9galement \u00e0 280 m\u00e8tres de la cible et mesure le nombre de neutrinos muoniques dans le faisceau avant que les oscillations ne se produisent. Les neutrinos du faisceau de T2K ont des \u00e9nergies beaucoup plus \u00e9lev\u00e9es que les neutrinos solaires, et les neutrinos de haute \u00e9nergie sont plus susceptibles d’interagir. Un petit nombre de neutrinos muoniques interagit avec du plastique scintillant ou avec de l’eau composant le ND280. La plupart de ces interactions produisent un muon. Le muon est une particule charg\u00e9e, qui peut \u00eatre d\u00e9tect\u00e9e par ionisation d\u2019une chambre \u00e0 gaz plac\u00e9e imm\u00e9diatement apr\u00e8s les cibles d\u2019interaction. Les mesures r\u00e9alis\u00e9es \u00e0 ND280 sont utilis\u00e9es pour pr\u00e9dire le nombre de neutrinos muoniques qui seraient vus dans le \u201cd\u00e9tecteur lointain\u201d Super-Kamiokande s’il n’y avait pas d’oscillation.<\/p>\n

La plupart des neutrinos traversent ND280 sans interagir et voyagent \u00e0 une vitesse proche de celle de la lumi\u00e8re jusqu’au d\u00e9tecteur Super-Kamiokande (Super-K ou SK). Celui-ci est situ\u00e9 \u00e0 1000 m\u00e8tres sous terre dans l’ouest du Japon, \u00e0 295 km de l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur de Tokai. Le d\u00e9tecteur SK consiste en une tr\u00e8s grande cuve cylindrique d’eau ultra-pure. L\u00e0 encore, la plupart des neutrinos passent sans interagir mais, en raison des \u00e9nergies \u00e9lev\u00e9es des neutrinos et de l’intensit\u00e9 du faisceau, certains peuvent interagir avec les mol\u00e9cules d’eau.<\/p>\n

\"Photographie

Photographie du d\u00e9tecteur Super-Kamiokande.<\/p><\/div>\n

Les interactions des neutrinos muoniques produisent en majorit\u00e9 des muons, tandis que les interactions des neutrinos \u00e9lectroniques produisent des \u00e9lectrons. Les muons et les \u00e9lectrons sont des particules charg\u00e9es qui d\u00e9placent les \u00e9lectrons des mol\u00e9cules d’eau lors de leur passage. Lorsque les \u00e9lectrons de l’eau reviennent \u00e0 leur position d’\u00e9quilibre apr\u00e8s le passage de la particule charg\u00e9e, ils \u00e9mettent de la lumi\u00e8re. Si la particule charg\u00e9e qui passe se d\u00e9place plus vite que la vitesse de la lumi\u00e8re dans l’eau (qui est \u00e9gale aux trois quarts de sa vitesse dans le vide), cette lumi\u00e8re est \u00e9mise sous la forme d’un c\u00f4ne appel\u00e9 rayonnement Tcherenkov. Les parois de Super-K sont tapiss\u00e9es de plus de 10 000 tubes photomultiplicateurs, qui d\u00e9tectent le c\u00f4ne de lumi\u00e8re Tcherenkov sous forme d’anneau. Super-K permet de faire la diff\u00e9rence entre les muons (qui produisent un anneau net) et les \u00e9lectrons (qui produisent un anneau plus diffus).<\/p>\n

\"Anneau

Anneau Tcherenkov produits par un muons dans le d\u00e9tecteur Super-Kamiokande.<\/p><\/div>\n

Pour visualiser un \u00e9v\u00e9nement presque en direct de Super-Kamiokande, cliquez ici<\/a> . Vous verrez une carte des phototubes \u00e0 l’int\u00e9rieur du d\u00e9tecteur Super-K, \u00e0 partir d’un \u00e9v\u00e9nement enregistr\u00e9 il y a peu de temps. L’affichage sera mis \u00e0 jour toutes les quelques secondes. Il ne s’agit que d’un \u00e9chantillon al\u00e9atoire des \u00e9v\u00e9nements enregistr\u00e9s chaque seconde dans Super-K (pour une explication d\u00e9taill\u00e9e de l’affichage des \u00e9v\u00e9nements, cliquez ici<\/a>). La plupart des \u00e9v\u00e9nements que vous verrez seront des traces de muons descendants, PAS des neutrinos du faisceau T2K ! En fait, la plupart des interactions de neutrinos que nous trions parmi les millions d’\u00e9v\u00e9nements enregistr\u00e9s dans Super-K sont caus\u00e9es par des neutrinos provenant du soleil ou des neutrinos produits dans l’atmosph\u00e8re terrestre. Seules quelques centaines d’interactions de neutrinos par an sont dues aux neutrinos du faisceau provenant du J-PARC.<\/p>\n

L\u2019oscillation des neutrinos muoniques vers les neutrinos \u00e9lectroniques a \u00e9t\u00e9 observ\u00e9es \u00e0 Super-K comme des \u00e9v\u00e9nements contenant des anneaux diffus provenant des \u00e9lectrons produits lors des interactions des neutrinos \u00e9lectroniques avec l’eau. 28 \u00e9v\u00e9nements de type \u201cneutrinos \u00e9lectroniques\u201d ont \u00e9t\u00e9 observ\u00e9s dans Super-K, alors que seulement 4,6 auraient \u00e9t\u00e9 attendus en l’absence d’oscillation. La probabilit\u00e9 que ces 28 \u00e9v\u00e9nements soient dus \u00e0 un processus autre que les oscillations des neutrinos muoniques vers les neutrinos \u00e9lectroniques est infime, de l\u2019ordre de 10-13<\/sup>, et confirme que ces oscillations se produisent bel et bien.<\/p>\n

T2K \u00e9tudie \u00e9galement les oscillations des neutrinos muoniques vers les neutrinos tauiques, et celles-ci sont identifi\u00e9es comme une r\u00e9duction du nombre de neutrinos muoniques d\u00e9tect\u00e9s dans Super-K par rapport \u00e0 la pr\u00e9diction obtenue par ND280 d’absence d’oscillations.<\/p>\n

Avantages d’une exp\u00e9rience hors-axe<\/h2>\n

T2K est la premi\u00e8re exp\u00e9rience de neutrino hors axe au monde, ND280 et Super-Kamiokande \u00e9tant plac\u00e9s \u00e0 2,5 degr\u00e9s du centre du faisceau de neutrinos.<\/p>\n

La partie hors axe du faisceau couvre une gamme en \u00e9nergie beaucoup plus \u00e9troite que la partie sur axe. Cela signifie pour T2K qu’une plus grande fraction des neutrinos change de saveur avant d’atteindre Super-K. La mesure la plus importante est celle de l’\u00e9nergie des neutrinos et cette mesure est effectu\u00e9e avec la plus grande pr\u00e9cision dans les \u00e9v\u00e9nements dans lesquels un neutrino interagit avec un neutron dans le d\u00e9tecteur pour produire un muon et un proton. La partie hors axe du faisceau pr\u00e9sente une fraction plus importante de ces \u00e9v\u00e9nements que la partie sur axe, ce qui permet \u00e0 T2K de r\u00e9aliser la mesure de l’\u00e9nergie des neutrinos avec une pr\u00e9cision bine meilleure. Cela conduit aux mesures les plus pr\u00e9cises des probabilit\u00e9s d\u2019oscillation des neutrinos et des diff\u00e9rences de masse au carr\u00e9 des neutrinos jamais obtenues.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

T2K (Tokai to Kamioka) est une exp\u00e9rience situ\u00e9e au Japon, qui \u00e9tudie l\u2019oscillation sur une grande distance de propagation. Les neutrinos sont des particules \u00e9l\u00e9mentaires qui existent en trois “saveurs” : \u00e9lectronique, muonique et tauique. Ils n\u2019interagissent que par interaction faible et sont tr\u00e8s difficiles \u00e0 d\u00e9tecter puisqu\u2019ils n\u2019interagissent que tr\u00e8s peu avec la mati\u00e8re.…<\/p>\n

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