Usine à neutrinos
Les usines à neutrinos sont des projets de sources intenses de neutrinos qui seraient utilisées pour étudier l'oscillation de leurs saveurs et leurs interactions avec la matière. La source des neutrinos serait la désintégration de muons accélérés puis envoyés dans un anneau de stockage. Les problématiques techniques autour de ces projets sont proches de celles d'un Collisionneur à muon.
Objectifs[modifier | modifier le code]
Grace à la production d'un faisceau intense de neutrinos muoniques et électroniques, ces complexes d'accélérateurs permettrait des avancées majeures dans l'étude des neutrinos et de leurs interactions. On peut citer en particulier comme objectifs scientifiques les points suivant[1] !
- l'étude à haute précision des paramètres d'oscillation des neutrinos, en particulier ceux reliés aux neutrinos électroniques ;
- la recherche de nouvelles interactions pour les neutrinos, au-delà de celles prédites par le Modèle standard de la physique des particules ;
- la recherche de neutrinos stériles et de matière noire légère.
Éléments de conception[modifier | modifier le code]
Un faisceau intense de protons est envoyé sur une cible. Les pions ainsi créés sont collectés et se désintègrent en muons et neutrinos dans un canal de décroissance. Ces derniers ne sont pas directement utilisés, à l'inverse des faisceaux de neutrinos actuels, comme ceux utilisé dans les expériences T2K ou OPERA par exemple. À la place, les muons sont ensuite accélérés et envoyés dans un anneau de décroissance où ils se désintègrent à leur tour en neutrinos[2],[3].
Cette approche en deux étapes permettrait de former des faisceaux de neutrinos plus focalisés et intenses. Les muons se désintégrant au repos en 2.2 μs, leur stockage dans un anneau nécessite à la fois une accélération et une collimation rapide du faisceau. Cela requièrt de former des paquets de muons partageant la même énergie et se déplaçant dans la même direction. Ce "refroidissement 6D" des muons a été par exemple étudié par l'expérience International Muon Ionization Cooling Experiment (en) (MICE)[4]. Une approche alternative de production de muons, basée sur des collisions électron-positron est le Low Emittance Muon Accelerator (LEMMA)[5].
Notes et références[modifier | modifier le code]
- (en) Alex Bogacz, Vedran Brdar, Alan Bross et André de Gouvêa, « The Physics Case for a Neutrino Factory », Snowmass Report 2021, Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Brookhaven National Lab. (BNL), Upton, NY (United States); Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF), Newport News, VA (United States), no FERMILAB-CONF-22-179-ND-V; arXiv:2203.08094, (lire en ligne, consulté le )
- (en) S. Choubey, R. Gandhi, S. Goswami et J. S. Berg, « Interim Design Report for the International Design Study for a Neutrino Factory », Technical Report, Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States), no FERMILAB-DESIGN-2011-01, (lire en ligne, consulté le )
- (en) J.-P. Delahaye, C. M. Ankenbrandt, S. A. Bogacz et P. Huber, « The NuMAX Long Baseline Neutrino Factory concept », Journal of Instrumentation, vol. 13, no 06, , T06003 (ISSN 1748-0221, DOI 10.1088/1748-0221/13/06/T06003, lire en ligne, consulté le )
- MICE collaboration, « Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment », Nature, vol. 578, no 7793, , p. 53–59 (PMID 32025014, PMCID 7039811, DOI 10.1038/s41586-020-1958-9
, Bibcode 2020Natur.578...53M) - M. Antonelli, M. Boscolo, R. Di Nardo and P. Raimondi, « Novel proposal for a low emittance muon beam using positron beam on target », Nucl. Instrum. Methods A, vol. 807, , p. 101–107 (DOI 10.1016/j.nima.2015.10.097, Bibcode 2016NIMPA.807..101A, arXiv 1509.04454, S2CID 55500891, lire en ligne)
