Le temps dans les oscillations des neutrinos : peut-on attraper la violation ? express
Les neutrinos sont de minuscules particules qui, chaque seconde, traversent nos corps par milliards sans toucher un seul atome. Ils possèdent une propriété mystérieuse : en chemin depuis le Soleil ou un accélérateur, ils peuvent changer de type, ou de « saveur » — par exemple, passer de neutrino électronique à neutrino muonique. Cette transformation, appelée oscillation, dépend de la distance parcourue par la particule et de son énergie.
Habituellement, les physiciens vérifient si la symétrie du temps est violée en comparant le comportement des neutrinos et de leurs antiparticules, les antineutrinos. Mais les auteurs de cette nouvelle étude proposent une autre voie : ne considérer que les neutrinos et observer comment la probabilité de transformation d'un neutrino muonique en neutrino électronique varie avec la distance au détecteur. Si cette probabilité dépend de la distance de manière asymétrique — c'est-à-dire que le tableau diffère selon qu'on va de l'avant ou de l'arrière — alors le temps « s'écoule » différemment pour les neutrinos.
Les calculs pour deux futures expériences — DUNE aux États-Unis et T2HK au Japon — montrent qu'ensemble, elles pourraient détecter une telle violation avec une fiabilité d'environ 4 sigma. DUNE fonctionne mieux en mode neutrinos uniquement, tandis que T2HK excelle dans la comparaison neutrinos-antineutrinos. Le deuxième maximum d'oscillation, que DUNE observera, joue un rôle clé : c'est là que l'effet est le plus marqué. L'énergie optimale des neutrinos pour cette recherche se situe entre 0,68 et 0,92 gigaelectronvolts, soit environ l'énergie de particules accélérées dans un petit accélérateur.
Une telle découverte aiderait à déterminer plus précisément la phase CP, une grandeur qui décrit à quel point les propriétés de la matière et de l'antimatière diffèrent. Pour l'instant, elle n'est connue qu'approximativement, et de nouvelles données pourraient réduire l'incertitude. Et surtout, cela confirmerait qu'au niveau le plus fondamental, le temps n'est pas tout à fait réversible.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2608.15960v1
We study the sensitivity of the DUNE and T2HK long-baseline experiments to time reversal (T) violation in neutrino oscillations. Rather than the conventional approach of exchanging initial and final neutrino flavors, we search for T violation through the $$L$$-dependence of the $$ u_\mu \to u_e$$ transition probability at fixed neutrino energy using neutrino data only. Within the standard three-flavour framework, we show that the DUNE and T2HK together can establish the presence of an $$L$$-odd component in the oscillation probability at up to $$\sim 4\sigma$$ significance, with the optimal sensitivity in the energy range $$E_ u \in [0.68, 0.92]$$ GeV. The second oscillation maximum of DUNE plays a crucial role in this analysis. We further show that DUNE is more sensitive to T violation that is running in neutrino-only mode, whereas T2HK provides better sensitivity in the conventional neutrino versus anti-neutrino comparison, making the two experiments complementary to each other in search of the CP phase $$\delta_{\rm CP}$$.
Les neutrinos sont si insaisissables que pour les détecter, on construit des détecteurs de la taille d'un immeuble, remplis de dizaines de milliers de tonnes de liquide. Et même ce géant ne capture que quelques particules par jour.
Dans le roman de Greg Egan « L'Échelle de Schild », les physiciens sont confrontés à une violation de la symétrie du temps dans le vide, ce qui entraîne des conséquences catastrophiques. Les expériences sur les neutrinos constituent un pas modeste mais réel vers la compréhension de tels effets.