L'hypothèse du neutrino

[La lettre de Pauli, Mise en évidence du neutrino, Quelques dates sur l'histoire du neutrino]

En étudiant les désintégrations radioactives, il avait été établi que les rayons alpha emportaient toute l'énergie disponible : ils étaient "monocinétiques". Par contre, les rayons bêta n'avaient pas tous la même énergie. La répartition en énergie des alpha se réduisait à une valeur unique, une raie, correspondant à l'énergie totale disponible dans la désintégration : celle des rayons bêta (un spectre) prenait toutes les valeurs comprises entre zéro et un maximum correspondant à l'énergie totale dégagée.

En 1930 cette évidence posait un problème aux physiciens. Qu'en était-il de la loi de conservation de l'énergie pour la désintégration bêta ? Niels Bohr en vint un jour à remettre en question ce fondement de la physique.

Pour sauver la loi de conservation de l'énergie un physicien suisse Wolfgang Pauli, inventa l'existence d'une particule neutre, de masse très faible, en tous cas inférieure au centième de la masse du proton, qui serait émise en même temps que le rayon bêta et partagerait avec lui l'énergie libérée dans la désintégration. Pauli avait "livré" cette hypothèse dans une lettre pleine d'humour à Lise Meitner et Hans Geiger.

Enrico Fermi, le grand physicien italien, qui avait tout de suite cru à l'invention de W.Pauli tient compte de tout ce qui a été discuté au Conseil Solvay d'Octobre 1933 consacré à la découverte du neutron par James Chadwick, et propose la théorie de la désintégration bêta basée sur l'hypothèse qu'un couple électron-neutrino est créé par le noyau au moment de la désintégration de la même façon qu'un photon l'est par un atome lors d'une désexcitation.

Francis Perrin estime que « la masse doit être nulle - ou tout au moins petite par rapport à la masse de l'électron ».

La théorie de Fermi est le précurseur de la théorie actuelle des interactions faibles. L'interaction, qui impliquait quatre particules (par exemple un neutron dans l'état initial, un proton, un électron et un antineutrino dans l'état final), était traitée comme ponctuelle.

Le neutrino restera une particule hypothétique jusqu'à sa mise en évidence expérimentale en 1956 par Reines et Cowan auprès d'un réacteur.

En 1955, le physicien américain Murray Gell Mann introduit la notion d'interaction faible, qui intervient non seulement dans la radioactivité, mais dans les rares réactions que produisent les neutrinos et bien d'autres processus de la physique des particules.

Depuis son "invention" par Pauli et sa mise en évidence, le neutrino et son antiparticule n'ont cessé de jouer un rôle très important dans la physique des particules élémentaires. N'étant pas chargés électriquement, ils ne subissent que l'interaction faible, ce qui permet d'étudier celle-ci dans des conditions excluant tout "bruit de fond" dû aux autres interactions.

Intéressant la physique de l'infiniment petit, le neutrino intéresse également l'astrophysique, puisqu'il pourrait contribuer à la "masse cachée de l'Univers".

Sujets voisins : Rayons uraniques, Polonium et radium, Trois rayonnements, Découverte du noyau, La radioactivité artificielle, Découverte de la fission