Comme vous le savez probablement déjà, des chercheurs du CERN ont peut-être observé des neutrinos se déplaçant plus vite que la lumière… violant ainsi la relativité restreinte d’Einstein. Ceux qui parcourent le forum sauront déjà que je pense qu’il s’agit très probablement d’une erreur. Plusieurs tentatives ont, depuis l’annonce, été faites pour expliquer ou plutôt pour trouver ce qui clochait avec cette mesure.

Plus de 80 papiers ont été publiés en ligne depuis l’annonce faite par l’équipe OPERA, qui affirme avoir détecté des neutrinos se déplaçant plus vite que la lumière. Parmi eux, on peut trouver un papier du 14 octobre par Ronald van Elburg de l’Université de Groningen aux Pays Bas, dans lequel il explique avoir peut-être identifié l’erreur qui serait à l’origine de cette mesure.

Pour mémoire, les neutrinos ont voyagé depuis le CERN jusqu’au laboratoire de Gran Sasso en Italie, situé sous une montagne d’un kilomètre d’altitude. Grâce au système GPS, l’équipe OPERA a pu fournir des mesures très précises sur la distance de 730 kilomètres parcourue, avec une tolérance de 20 mètres. A leur arrivée à Gran Sasso, le temps de vol des neutrinos est mesuré à l’aide d’horloges situées aux deux extrémités du parcours, les chercheurs sachant exactement quand les particules sont parties, et quand elles sont arrivées.

La question est: les horloges étaient-elles bien synchronisées?

La mesure du temps est une nouvelle fois l’affaire des satellites GPS, qui émettent un signal temporel extrêmement précis 20000 kilomètres au-dessus de nos têtes. Les scientifiques auraient-ils pu oublier de prendre en compte le temps nécessaire au signal pour parvenir à la Terre? D’après Van Elburg, l’équipe OPERA semble avoir oublié d’inclure le mouvement relativiste des horloges GPS dans ses mesures.

© arXiv

Les ondes radio voyagent à la vitesse de la lumière, et la position du satellite n’a pas vraiment d’importance… mais le temps de vol, lui, en a une grande. Dans le cas présent, une horloge est en orbite, tandis que l’autre est à la surface de notre planète. Si elles sont en mouvement l’une par rapport à l’autre, ceci doit être inclus dans les calculs. Les satellites en orbite sont positionnés d’Ouest en Est dans un plan  incliné à 55° par rapport à l’équateur… soit quasiment alignés avec la trajectoire des neutrinos. En d’autres termes, l’horloge GPS voit le détecteur et la source de neutrinos comme changeants.

Du point de vue de l’horloge, le détecteur se déplace vers la source et la distance couverte par les particules apparaît plus courte.

D’après les calculs de Van Elburg, les neutrinos devraient donc arriver 32 nanosecondes plus tôt, durée qui doit être multipliée par deux car l’erreur se produit aux deux extrémités de l’expérience. On se retrouve donc avec une correction de 64 nanosecondes. Et l’équipe OPERA a observé que les neutrinos ont voyagé 60 nanosecondes plus vite que la lumière…

La coïncidence peut paraître troublante… Est-ce pour autant la solution à ce problème, où les neutrinos ne voyageraient finalement pas plus vite que la lumière? Peut-être, c’est une nouvelle explication, parmi d’autres. Enfin, s’il s’avère que les membres de l’équipe ont effectivement oublié cette correction, on pourra parler d’une (très) grosse boulette…

 

Référence

Ronald A.J. van Elburg, Time-of-flight between a Source and a Detector observed from a SatellitearXiv:1110.2685v2

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