Les neutrinos n’ont pas dépassé la vitesse de la lumière : explications

CERN

Vous vous souvenez de ce cataclysme qui a dépassé le simple cadre de la recherche scientifique : des neutrinos capables d'aller plus vite que la lumière. Ce sont des chercheurs de l'accélérateur de particules du CERN à Genève qui en avait fait l'expérience. Mais un scientifique vient de démontrer où se trouvait l'erreur dans cette expérience.

Ce sont 60 nanosecondes qui ont mis le feu aux poudres : selon le CERN, les neutrinos ont effectivement mis 60ns de moins que la lumière n’aurait mise pour parcourir une distance donnée dans l’accélérateur de particules.
L’expérience portait le nom OPERA. Et l’excitation était à son comble puisqu’il s’agissait d’une des expériences, sinon l’expérience, les plus marquantes de l’histoire de la physique quantique.
Mais Ronald van Elburg de l’université de Groningen aux Pays Bas a démontré qu’il y avait une erreur.
L’expérience OPERA repose sur 20 cm par rapport à une distance parcourue de 732 km (entre le CERN et le laboratoire de Gran Sasso en Italie). Néanmoins, les chercheurs du CERN précisent qu’ils sont capables de mesurer le moment où les neutrinos sont créés et celui où ils sont détectés à leur « arrivée » grâce à deux horloges distinctes.
Et l’origine de l’erreur proviendrait de ces deux horloges. Elles doivent être parfaitement synchronisées. Elles le sont grâce à des satellites GPS qui émettent un signal d’horloge parfaitement précis aux deux horloges. Mais dans une expérience de cette précision, le temps nécessaire aux ondes provenant des satellites pour atteindre le sol doit être pris en compte. Et surtout, il faut prendre en compte que les satellites se déplacent durant l’expérience. Il y a donc deux systèmes référentiels : celui au sol et celui des « horloges » en orbite.
Et c’est précisément là où le bât blesse. Si on examine l’opération depuis un satellite : les positions respectives des émetteurs de neutrinos et de leur détecteur changent. Selon Elburg : « D’un point de vue de l’horloge, le détecteur se déplace vers la source et par conséquence, la distance parcourue par les particules observées depuis le référentiel horloge est plus courte. »
Comprenez bien : plus courte vue de l’horloge qu’elle ne l’est vue du sol.
Le CERN n’a pas pris en compte le fait que les horloges (ie les sources des horloges, les satellites donc) étaient en orbite. Ils ont négligé cet aspect dans leur mesure.
Et d’après les calculs du physicien, cette erreur se quantifie à 32ns. Mais il faut la doubler à 64ns car la même erreur se produit des deux côtés de l’expérience (aux deux instants de mesure).
Et 64ns, c’est pour ainsi dire ce que le CERN a mesuré.
La théorie de la relativité d’Einstein n’est donc pas mise à défaut par cette expérience.
La communauté scientifique doit toutefois examiner l’argument de van Elburg avant de le confirmer.
Et peut-être que d’autres scientifiques, ou même directement le CERN, viendront démontrer que van Elburg se trompe en disant que le CERN s’est trompé.
Article original de van Elburg en PDF.

[arxiv]

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Dernières Questions sur UberGizmo Help
  1. si je comprends bien l’expérience .. la lumiere et le neutrino sont mesurés depuis le meme satellite… il y a effectivement un decalage de referentiel entre le sol et le satellite .. mais comme la mesure des deux est fait avec le meme referentiel cela sannule.. l’article sous entendrait qu’on mesure le neutrino depuis le satellite et la lumiere depuis la terre et la y’a effectivement decalage de temps du au raferentiel…

    1. @xoxo, le signal d’horloge venant du satellite met moins de temps à parcourir la distance qui le sépare du détecteur que de l’émetteur de neutrinos. L’erreur temporelle lors de la mesure au sol est là. Il aurait fallu la prendre en compte.

      Le seul référentiel qui vaut est celui du point de vue du satellite : il détient la « vérité » au niveau du temps.

      1. je rajouterai qu’il faut prendre l’un des deux couples suivants pour connaître la vitesse des neutrinos :
        distance mesurée au sol et temps mesuré depuis les horloges source
        ou bien
        distance vu du référentiel « satellite »+temps mesuré au sol

        dans ces deux cas seulement, l’erreur s’annule

      2. Bonjour, j’aurais tendance à dire comme Xoxo… Supposons que je veuille mesurer avec un radar la vitesse de 2 voitures… Si mon outil de mesure est faussé par une erreur, cette erreur fausse toutes les mesures, donc mes deux résultats !

    2. Oula!! vous avez pas compris l’expérience vous! L’expérience mesure seulement la vitesse des neutrinos, pas celle de la lumière, la lumière aurai énormément de mal à traverser 7OOkm sous la terre! La vitesse de la lumière on la connais de façon extremement précise depuis longtemps, elle intervient même dans la définition du mètre. L’erreur est que avec les soucis d’horloge, on a mesuré une vitesse des neutrinos plus grande que celle de la lumière déjà connus! On a pas fait une « course » entre lumière et neutrinos!

  2. Dites, vous pensez vraiment plausible le fait que ces mecs aient pu faire une erreur grossière de ce genre?

    Non mais franchement c’est pas crédible ça.

      1. J’allais faire la même remarque que maxime mais ca c’est fais,quant a toi tirpse bin moi ca ne me géne pas que einstein ce soit planté la sciences est faite pour avancer et repousser les limites connues si tout le monde reflechissait comme toi j’aurai appris en primaire que la terre est plate comme on le croyait il y a 500ans et on aurait tous la froisse de franchir l’horizon.

      2. @voizzz, donc si on t’écoute : il est impossible de contredire une théorie qui contredit une autre théorie…
        plutôt dogmatique comme façon de penser, non ?

        c’est la jurisprudence Copernic qui te bloque intellectuellement ?

    1. Si je me rappelle bien, un satellite s’est déjà écrasé à cause d’un dépassement de mémoire dans un processeur… et un autre parceque les scientifiques ont oublié de convertir des cm en inches…. l’erreur est humaine :)

  3. Je rappelle juste qu’il est déjà arrivé à des grands savants de se tromper. Il y a quelques siècles, les plus grands érudits de la planète pensaient que la terre était plate…

    Pour revenir à Einstein, il a basé ses théories sur des observations faites au siècle dernier ; depuis, des avancées technologiques considérables ont eu lieu. Il est donc possible que certains principes aient échappé aux scientifiques pendant tout ce temps et que le progrès technologique permette, aujourd’hui, de rectifier les lois initiales.

    Je ne pense pas qu’Einstein se soit trompé, je dis juste que la physique est un monde complexe et que certains faits peuvent ne pas être observés avec les technologies disponibles à un instant donné.

    1. En science rien n’est considéré vrai dans le sens courant du terme, tout est une histoire de modèle, de condition d’application, (Newton à faux, mais aux « petites » vitesse c’est ok), donc pourquoi ne pourrait-on pas remettre en question Einsten, ça serait absurde, mais ça le serait tout autant de le faire sans prendre beaucoup de précautions..
      Ça reste encore à voir, en tout cas s’il est prouvé qu’ils ont faux à cause de cette erreur la ils risquent de passer pour des noobs.

    2. non la relativité a été bien confirmé depuis le temps on ne l’a pas laissé dans un placard, et il se trouve qu’on peut la retrouver sans aucune considération expérimentale, ce nest d’ailleurs pas ce qui a guidé einstein. Il voulait simplement appliquer le prinipe de relativité galiléenne.

  4. Les neutrinos sont détectés par UNE seule et même horloge : celle du GPS. Donc si c’est le départ de la théorie de Ronald van Elburg, c’est moyen…

  5. Vu la précision demandée par la mesure je trouve assez aberrant que les chercheurs n’aient pas pris en compte cette correction qui semble (ou doit sembler, pour des mecano quantique) assez évidente.. A voir.

  6. Dire « Les neutrinos n’ont pas dépassé la vitesse de la lumière » parce qu’un seul scientifique hollandais dit le contraire est une absurdité.
    La science c’est pas du people.
    Mais on a l’habitude sur Gizmodo.

    1. Se précipiter à crier sur les tois Einstein s’est trompé est encore plus absurde et beaucoup plus people & buzz alors que tout scientifique qui se respecte remet en question l’expérience! Sa fait très longtemps que l’on connais les neutrinos et ce serai aujourd’hui, sur 700 petits kilomètres, que l’on observerai une tel différence? Peu probable…

  7. Je suis quasiment sur que cette différence d’horloge a été prise en compte dans les mesures effectués, qui n’ont pas été effectué une fois, mais des centaines de fois sur plusieurs mois. Pour avoir écouté le physicien ayant participé et diriger l’expérience, lui même ne croyait pas aux résultats qui ont été trouvés et a lui même demandé a ce que les résultats soit vérifié voir refait pour être comparé.

  8. peu probable a mon avis qu’il y ait une erreur, a mon avis il cherche juste a ce faire connaitre et ne peut accepter le fait de cette découverte du siecle.

  9. Je suis étonné par le coté élémentaire de l’erreur.
    Mais il est clair que Einstein n’a pas fait d’erreur a ce niveau là. La physique dont il parle inclu le monde connu qui n’existe qu’en deçà de la vitesse de la lumière.
    Par contre, si je me souviens bien, Einstein n’a jamais vraiment intégré les explications du monde quantique. Mais s’agissant d’une facette de l’univers avec des lois physiques tout a fait autres (quantiques) ça ne remet absolument pas en question la relativité qui reste tout a fait vraie.
    Ceci pour dire que chercher l’erreur a ce niveau me parait trop simple. Mais pour le grand public (dont je fais partie aussi) c’est moyennement compréhensible. C’est d’ailleurs en gros les éternels éléments qu’on trouve dans les scénarios de science fiction.

  10. Bonjour, c’est un peu précipité étant donné que beaucoup de physiciens pensent avoir trouvé « la faille ». En plus cette explication me parait bizarre, si on parle de référentiel, alors on parle de RR, et il y a plusieurs effets qui certes sont liés entre eux, par les transformations de lorentz. Il y a l’absence simultanéité, la contraction des longueurs et la dilatation des durées. La dilatation des durées est naturellement corrigées dans le GPS, sinon, on n’aurait jamais utilisé le GPS, je n’arrive pas bien à voir comment la contraction des longueurs peut jouer un role alors qu’elle est mesurée sur terre à priori, pourtant c’est ce que semble dire l’article. La non simultanéité semble plus proche de ce que semble dire certains commentaires…mais dans un référentiel tournant ça devient complexe, et j’ai du mal à imaginer que ce ne soit pas pris en compte dans le GPS… Mais why not, ce serait une bonne nouvelle.

    1. C’est clair que la valeur d’erreur trouvée, quand on la compare au « dépassement », est troublante.

      D’un autre coté, l’article fait des suppositions bien péremptoire sur le GPS. Notamment, il se base sur des satellites situés à 202km d’altitude, allant sur un axe NO-SE de 55 degrés (soit presque l’axe Cern-Gran Sasso). Dans ce cas là, on a une contraction lorentzienne de la distance observée qui est effectivement a peu près ça.

      Or, bêtement, les satellites GPS évoluent à 6 altitudes différentes. Et ils évoluent en LEO, sur des orbites courtes. Regardez les jolies orbites LEO, et vous verrez immédiatement un truc qui va vous frapper. L’orbite d’un satellite donné fait des grandes croix. En fait, et en pratique, sur les N satellites que vous voyez au dessus de votre tête, la moitié font effectivement un axe de 55 degrés NO-SE… et l’autre moitié fait 55 degrés mais en SO-NE.

      Or la contraction lorentzienne n’est pas du tout la même dans un sens que dans l’autre. Elle est maximale dans l’axe du déplacement relatif des sources, et zéro si c’est perpendiculaire.

      Inutile de dire que si le GPS ne tenait pas compte de cette petite « particularité », l’imprécision au sol serait de l’ordre de 10m (32ns). Or, le GPS est bien plus précis que ça. Je doute donc que les équipes de métrologie se soient gourrées sur ce point précis.

      Mais il n’empêche, la valeur qui colle, ça interpelle un peu…

  11. Puisqu’il n’y a pas de tunnel de 732 km pour y envoyer des photos et comparer les vitesses, il y a deux paramètres pour le cacul de la vitesses des neutrinos : la distance et le temps.
    Si le calcul des horloges est ok, est-on sûr de la distance parcourue ?
    La distance réelle ne pourrait-elle pas tout simplement être (d – 20cm) ?
    C’est quand même faible comme marge d’erreur de 0,2 / 732000 …

  12. De quelle vitesse de la lumière parle t’on ?

    De celle qu’elle a dans le vide ou bien de celle qu’elle a dans l’air dont l’indice de réfraction n’est pas exactement de 1, mais plutôt de 1,000 292 6… dans les conditions normales de température et de pression dans l’atmosphère.
    Oui mais encore, quelle est la précision sur cette valeur ? …et si les conditions de température et de pression ne sont pas « normales » ?

    Si les neutrinos ont été mesurés plus rapides que la lumière dans le vide, alors il y a de quoi s’interroger. Si c’est plus rapide que la lumière dans l’air, alors, avec l’incertitude sur la valeur de n de l’air, c’est beaucoup moins intéressant.

    Quelqu’un sait-il, avec certitude, si la valeur de l’écart de vitesse annoncé des neutrinos l’est par rapport à la vitesse de la lumière dans le vide ou bien dans l’air ?

  13. La beauté de la science est qu’elle n’a pas de dogme.
    On peut tout remettre en question, même la vitesse de la lumière.
    ——————————————————————————

    Acceptons le fait, jusqu’à preuve du contraire, que les mesures faites par le CERN sont correctes, et
    supposons que les neutrinos voyagent à la même vitesse que celle de la lumière.

    Que s’est-il passé lors de la mesure de la vitesse des neutrinos?
    Il y a de la gravitation positive et de la gravitation négative!

    Si la lumière parcourt une distance de 730 km à la surface de la Terre, le trajet ne sera pas en ligne droite, mais il épousera la courbure de la surface de notre planète, et subira une attraction égale durant tout le parcours, donc un freinage égal.

    Lorsque le neutrino parcourt une distance de 730 km, le trajet sera en ligne droite. Ce n’est qu’au départ et à l’arrivée qu’il subit une attraction égale à celle du photon, soit la force du diamètre de la Terre. Mais durant la pénétration de la matière il subira une attraction inférieure à celle du photon, donc il sera moins freiné et parcourra 730km plus rapidement.
    Remarquons que ce ne sont pas les mêmes 730km.

    Pourquoi le neutrino subit-il une attraction inférieure en pénétrant dans notre planète?
    Nous dirons que la matière en dessous de lui est celle qui contient le centre de la Terre. Comme il pénètre dans la terre, une partie de la matière est au dessus de lui, ce qui crée une attraction contraire à celle produite par la matière sous lui, tandis que la matière sous lui étant moins importante, il y aura moins de freinage.

    Conclusion, durant la pénétration de la matière par le neutrino du fait de son voyage en ligne droite, le freinage, par rapport à celui du photon est diminué pour deux raisons:
    la masse en dessous de lui est diminuée, donc moins d’attraction positive = moins de freinage.
    la masse au dessus de lui crée une attraction dans l’autre sens, une attraction négative à soustraire de l’attraction positive, ce qui diminue encore le freinage. donc il sera moins freiné.

    Le neutrino a-t-il la même vitesse que la lumière?
    Il faudrait trouver un endroit, dans le vide, et loin de tous corps célestes, afin d’éviter l’effet de la gravitation et pour la lumière et pour le neutrino.

    Meilleures salutations scientifiques.
    P. A. Sarantopoulos.

  14. il parait que eistein ne soit pas celui qui a demontrer les lois de la relativité sai le cousin germain de Raymond point-carré (je ne usi pas sure pour l’orthographe) mais vue quil est mort en 1912 les medias on fais mousser Eistein qui a pu montrer les resultat sans les demontre (il a le resultat mais pas la methode) comme quand on copie a l’ecole. watch?v=KEUqNi6QueM&feature=related

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