Les neutrinos qui semblaient avoir voyagé plus vite que la lumière, l’automne dernier, pourraient bientôt être déclarés non-coupables de l’excès de vitesse dont on les accuse — ou alors voir leur «infraction» s’aggraver, selon un communiqué publié hier sur le site du Centre européen de recherche nucléaire (CERN).
En octobre, on s’en souvient, des neutrinos partis du LHC, à la frontière franco-suisse, avaient été détecté une infime fraction de seconde plus tard par le détecteur OPERA, en Italie ; le très court laps de temps n’avait rien d’étonnant, puisque ces particules voyagent à des vitesse proches de celle de la lumière — maximum théorique qui est impossible à dépasser (et même atteindre par quoi que ce soit qui possède une masse), selon la relativité d’Einstein. Rien d’étonnant, à part le fait que les neutrinos sont arrivés 60 nanosecondes plus tôt que s’ils avaient voyagé à la vitesse de la lumière, mesure qui avait «résisté» à toutes les vérifications de l’équipe d’OPERA, et à celles de beaucoup de savants par la suite. D’où une certaine commotion dans les milieux de la physique, qui se gardaient tout de même une petite (grosse) gêne, puisque la «limite de vitesse» de l’Univers était (et est toujours) considérée comme très solide, d’un point de vue tant théorique qu’empirique.
Or le CERN a maintenant identifié deux erreurs de mesure potentielles dans cette histoire. D’une part, écrit ici Science et avenir, il semble qu’un problème de connecteur de fibre optique ait quelque peu embrouillé les communications entre le GPS et l’horloge d’OPERA, ce qui pourrait infirmer complètement l’apparent excès de vitesse. Mais d’autre part, l’oscillateur qui synchronise les «chronomètres» du CERN et d’OPERA ait lui aussi pu mal fonctionner, mais d’une manière qui aurait amené l’équipe italienne à sur-estimer la durée du trajet des neutrinos — qui aurait donc dépassé la vitesse de la lumière par une marge encore plus grande que celle qui a été mesurée.
Des tests seront menés incessamment afin de quantifier l’effet de ces deux problèmes. D’autres compte-rendus sont disponibles notamment sur les sites de Science, Nature et de Pour la science.
yvan_dutil
23 février 2012
09h55
Les connecteurs c’est la bête noire de tout les expérimentateurs. Cependant, j’ai dû mal à croire qu’un connecteur de fibre optique défectueux puisse produire une erreur de 60 ns? Est-ce que c’est parce que le signal optique est passé dans une partie différente de la fibre optique?
jim777
23 février 2012
10h19
Dans un sens comme dans l’autre c’est une excellente nouvelle parce que les mesures se feront à l’avenir de façon encore plus rigoureuses. Comme un microscope qui voit les choses de façon plus nette.
Mais si les neutrinos ont véritablement dépassé la vitesse de la lumière, c’est une bonne nouvelle supplémentaire parce que ça ouvre la voie à de la nouvelle physique.
ouate_de_phoque
23 février 2012
10h33
J’ai hâte de voir les résultats finaux. J’abonde dans le même sens que jim777.
Est-ce que les mesures sont faites avec un “Photons-radar” ;-)
dcsavard
23 février 2012
11h02
Est-ce qu’il faut faire nos jeux? Je mise la cagnotte sur le respect de la limite de vitesse de la lumière par les neutrinos. Ça coûte moins cher que d’aller au Casino. Vous pouvez lancer la bille blanche.
jim777
23 février 2012
12h01
@ dcsavard
Bonjour.
Si on parie, moi je parie (une virgule de mon commentaire) que oui, les neutrinos ont été plus rapides que la vitesse de la lumière.
Mais pas en contredisant la théorie de la relativité, qui a été prouvée théoriquement et par des observations.
Les neutrinos obéissent peut-être à des lois physiques interprétées par de nouvelles théories qui restent à formuler.
Les neutrinos se sont peut-être “téléportés” par exemple sans passer par l’espace physique ou en passant par une ou des dimensions “cachées” comme celles décrites par la théorie des cordes:
http://en.wikipedia.org/wiki/String_theory#Extra_dimensions
@ ouate_de_phoque
Hahaha !
À la différence que le photon-radar dans ce cas-ci n’a pas donné de contravention.
Peut-être que les neutrinos sont eux-mêmes des policiers alors on ferme les yeux dans ces cas-là même s’ils sont un peu éméchés.
sebbouchard
23 février 2012
12h25
Un peu hors sujet, sur le boson de Higgs, voici une caricature qui m’a beaucoup fait rire:
http://www.dilbert.com/strips/comic/2012-02-21/
pensezy
23 février 2012
12h30
Le doute raisonable existe sur la précision du cinémomètre. Le juge va annuler la contravention pour cette fois-ci mais on vous surveille, les neutrinos.
ouate_de_phoque
23 février 2012
12h32
@jim777
Le truc pour éviter les contraventions est de passer à travers les maillets du filet… de cordes. C’est peut-être ça que les neutrinos ont fait.
ouate_de_phoque
23 février 2012
12h33
Oups, coquille… je voulais écrire mailles
jim777
23 février 2012
13h11
@ ouate_de_phoque & pensezy
Ben voilà, le neutrino défie le photon-radar, passe à travers les mailles du filet de cordes de la police et le juge annule la contravention.
Comme d’habitude, à nous trois on vient de résoudre le problême.
J’appelle tout de suite Stephen Hawking, titulaire de la chaire lucasienne de Newton à Cambridge pour lui annoncer la bonne nouvelle.
dcsavard
23 février 2012
13h33
@jim777,
les guitaristes et autres cordistes seront confondus. Les menottes, y’a que ça de vrai.
Je reconnais qu’il y a une forte pression des théoriciens pour passer à autre chose que le modèle Weinberg-Salam, mais jusqu’à maintenant, les théories des cordes n’apparaissent que comme un artifice mathématique sans ancrage dans la réalité malgré toutes les recherches des dernières 30 décennies et tout le fric englouti dans cette théorie de tout. Il est certain que ça frappe l’imagination, sauf qu’il faut bien rester les deux pieds sur terre et ne pas s’emballer. Moi elle me laisse sur ma faim la théorie des cordes et je ne la trouve pas tellement plus satisfaisante que le modèle Glashow-Weinberg-Salam.
Mais, peu importe, l’année 2012 s’annonce passionnante pour la physique.
nickoleterrible
23 février 2012
14h06
Lorsque vous dites “…par quoi que ce soit qui possède une masse” , si on prend l’effet d’intriquation quantique, vous savez les expérimentations qui ont été faites il y a quelques années qui rapportaient que la mesure d’un état d’une particule pouvaient influencer instantanément une autre particule intriquée sans tenir compte de la distance, dans ma logique la transmission de cette information dépasse la vitesse de la lumière puisque la distance ne compte pas.
Est-ce que quelque chose qui n’a pas de masse peut dépasser cette vitesse dans la logique physique conventionnelle ou il n’y juste pas d’explications ?
Le petit peu que j’en sais — un habitué de ce blogue, jaylowblow, saurait beaucoup mieux vous aider —, c’est qu’effectivement, l’intrication quantique semble violer cette limite de vitesse, mais d’après ce que j’ai lu, on ne sait pas encore trop comment expliquer cette intrication. Il n’est donc pas dit que l’on trouvera pas une explication qui sera compatible avec la relativité.
En ce qui concerne la vitesse des particules sans masse prédite par la relativité, je vais toujours me rappeler la petite démonstration que la physicienne de McGill Brigitte Vachon m’a faite au téléphone. C’est absolument magnifique.
- On part de l’équation E = mc^2, plus précisément de sa «version complète» qui est E^2 = (mc^2)^2 + (pc)^2, où p est le momentum, la quantité de mouvement.
- Puisque les photons n’ont pas de masse, la première partie (mc^2)^2 est égale à zéro, ce qui nous laisse E^2 = (pc)^2
- Pour contourner le fait que la quantité de mouvement est la masse multipliée par la vitesse, soit p = mv, on isole la masse dans les deux équations, donc : m = E/c^2 et m = p/v. Cela donne E/c^2 = p/v, et donc une façon de calculer p sans passer par la masse, soit p = Ev/c^2
- Ainsi, on remplace p dans E^2 = (pc)^2 par Ev/c^2, donc…
- E^2 = (Evc/c^2)^2
- E^2 = (E^2 * v^2 * c^2) / c^4
- E^2 = (E^2 * v^2) / c^2
- E^2 * v^2 = E^2 * c^2
- v^2 = c^2
- v = c. Donc pour une particule sans masse, la vitesse v ne peut pas être autre chose que c, soit la vitesse de la lumière.
C’est beau, hein ?
JFC
dcsavard
23 février 2012
15h58
Pour les particules intriquées, ma compréhension est qu’il s’agit en fait d’un seul état quantique. Il n’y a pas de violation de la vitesse de la lumière ici, puisque c’est le même état quantique qui est manipulé. C’est la nature ondulatoire de la matière qui est à l’origine de ce phénomène.
dcsavard
23 février 2012
16h18
Pour être un peu plus clair, ce n’est pas comme un électron et un proton qui s’échangent un photon à titre d’information sur la présence de l’un et de l’autre. Les particules intriquées n’interagissent pas via l’une des forces connues, elles sont au point de vue quantique comme une seule et même particule jusqu’au moment de l’observation.
Bon, enfin, j’espère que c’est plus clair, mais y’a peut-être quelqu’un qui aura plus de talent que moi pour expliquer ça.
jaylowblow
2 mars 2012
00h07
@nickoleterrible et JFC
J’étais en congrès la semaine dernière (WNPPC 2012) et je n’ai donc pas vu passer ce billet. Mais pour l’intrication quantique, cela provient de l’interprétation de Copenhague qui est à l’origine du principe que la mécanique quantique n’est pas déterministe mais probabiliste.
Les systèmes quantiques sont des objets statistiques gouvernés par la fonction d’onde qui caractérisent la probabilité d’observer un état particulier du système. L’exemple le plus simple est de regarder un électron qui a été émis par une désintégration quelconque. Cet électron a une chance sur deux d’avoir un spin +1/2 et une chance sur deux d’avoir un spin -1/2. L’état de spin est “intriqué”, l’électron étant dans les deux états en même temps (superposition d’état). On ne peut déterminer son spin tant qu’on ne l’aura pas mesuré. En le mesurant, on élimine l’intrication quantique et la probabilité devient égale à 1 (la fonction d’onde s’effondre sur la valeur qu’on a mesurée).
Si deux électrons sont émis en même temps et que selon la conservation de la quantité de mouvement nous savons que la somme des spins doit être égale à zéro (+1/2 + -1/2 =0), la mesure du spin d’un des électrons déterminera le spin de l’autre instantanément et ce peu importe la distance. Mais aucun des électrons ne peut voyager plus vite que celle de la lumière, seul la “désuperposition” d’état est instantanée. Mais encore là, si je mesure +1/2 à 3 millions de km de l’autre électron, je ne pourrai transmettre cette information plus vite que la lumière à l’expérimentateur qui se trouve à l’autre bout et qui a mesuré -1/2. Même chose pour ce dernier envers moi.
Einstein croyait que cela prouvait que l’intrication quantique n’existait pas et que si on mesure +1/2, c’est que le spin a toujours été +1/2. Mais nous savons aujourd’hui que ce n’est pas le cas et que les états quantiques sont effectivement superposés (voir le théorème de Bell: http://en.wikipedia.org/wiki/Bell_theorem ). Mais rien de tous cela n’a à voir avec une particule ou une onde qui pourrait voyager plus vite que la vitesse de la lumière, ce qui n’a jamais été observé (si on exclut les neutrinos détectés par OPÉRA bien entendu).
En passant, je me répète surement mais la lumière va à la vitesse c qui est la vitesse maximale atteignable par une particule sans masse selon la relativité restreinte. La vitesse c n’est pas la vitesse de la lumière, c’est la lumière qui voyage à la vitesse c.
jaylowblow
3 mars 2012
00h40
@JFC
Une petite correction…
La formule générale est :
E^2=m^2c^4+p^2*c^2
Dans le cas d’un photon :
m=0 et donc
E^2=p^2*c^2.
Mais vous prenez le cas particulier v=0 pour transformer p en énergie :
v=0 et donc
E=mc^2 et donc m=E/c^2.
Ce qui implique que :
E^2=(mv)^2*c^2
E^2=(E^2/c^4)*v^2*c^2
c^4=v^2*c^2
c^2=v^2
c=v
Bien sur que c’est magique mais c’est une illusion et ce n’est pas acceptable mathématiquement même si ça donne un résultat qui semble valide. Vous avez utilisé une seule équation (E^2=m^2c^4+p^2*c^2) afin d’isoler deux variables qui font partie de cette même équation. On appel cela une auto-corrélation en physique expérimentale ou une dépendance linéaire en physique théorique.
Votre calcul sur la quantité de mouvement du photon doit tenir compte d’une autre équation afin d’éviter la dépendance linéaire qui est :
E=hu
h = constante de Planck
u = fréquence du photon
Comme la vitesse c = u*lambda (fréquence * la longueur d’onde du photon), nous pouvons déterminer l’énergie et donc la quantité de mouvement du photon selon E=mc^2. Vous me direz que ça revient au même mais non. C’est un principe physique dont il faut tenir compte afin d’éliminer les calculs auto-corrélés.
c1984
16 mars 2012
18h07
Aux intervenants précédents,
j’ai arrêté ma lecture à p=mv.
En relativité, p=gamma.mv = mv/sqrt(1-v^2/c^2)
jaylowblow
18 mars 2012
23h24
@c1984
C’est exact, mais quand on parle de la quantité de mouvement du photon, on ne peut utiliser le facteur gamma car comme la vitesse v du photon est égale à c, on se retrouve avec mv/0.
C’est pourquoi j’ai cru bon de spécifier qu’il faut passer par E=hu. Pour un photon, qui possède une masse nulle:
E^2=m^2c^4+p^2*c^2 => E=pc et donc,
p=E/c = hu/c = h/lambda
car c=u*lambda (u étant la fréquence et lambda la longueur d’onde du photon).
La vitesse du photon doit donc être égale à c mais sa quantité de mouvement p dépend de sa longueur d’onde lambda. C’est pour ça que j’ai dis que le calcul de JFC n’était pas tout à fait exact. Vous auriez peut-être du lire un peu plus loin :) .