Les neutrinos, ces petites particules difficiles qui circulent à travers l’Univers comme si de rien n’était, pourraient après tout interagir avec la lumière.
Selon de nouveaux calculs, les interactions entre neutrinos et photons peuvent se produire dans de puissants champs magnétiques présents dans le plasma enroulé autour des étoiles.
C’est une découverte qui pourrait nous aider à comprendre pourquoi l’atmosphère du Soleil est tellement plus chaude que sa surface, affirment Kenzo Ishikawa, physicien à l’Université de Hokkaido, et Yutaka Tobita, physicien à l’Université des sciences de Hokkaido – et, bien sûr, à étudier la mystérieuse particule fantôme dans Plus de détails.
“Nos résultats sont importants pour comprendre les interactions mécaniques quantiques de certaines des particules les plus fondamentales de la matière”, explique Ishikawa. “Ils pourraient également aider à révéler des détails sur des phénomènes actuellement mal compris au niveau du Soleil et d’autres étoiles.”
Les neutrinos font partie des particules les plus abondantes dans l’Univers, juste derrière les photons. Mais la plupart du temps, ils restent seuls. Les neutrinos n’ont presque pas de masse et interagissent à peine avec la matière. Pour un neutrino, l’Univers ne ressemble à rien : des ombres ou des fantômes, à travers lesquels passer avec aisance. Des milliards de neutrinos vous traversent en ce moment, comme de petits fantômes.
Mais les scientifiques pensent que les neutrinos pourraient être importants pour sonder les phénomènes astrophysiques, comprendre pourquoi l’Univers est tel qu’il est et affiner notre compréhension de la physique des particules. Comprendre si et comment ils interagissent avec l’Univers révèle non seulement des informations sur les neutrinos, mais également sur les interactions des particules et l’Univers quantique.
Les travaux d’Ishikawa et Tobita sont théoriques et utilisent l’analyse mathématique pour déterminer les circonstances dans lesquelles les neutrinos peuvent interagir avec les quanta électromagnétiques : les photons. Et ils ont découvert que le plasma hautement magnétisé – un gaz chargé positivement ou négativement, en raison de la soustraction ou de l’addition d’électrons – fournit l’environnement idéal.
« Dans des conditions normales « classiques », les neutrinos n’interagissent pas avec les photons », explique Ishikawa.
“Nous avons cependant révélé comment les neutrinos et les photons peuvent être amenés à interagir dans des champs magnétiques uniformes à des échelles extrêmement grandes – jusqu’à 103 km – qui se trouve sous la forme d’une matière connue sous le nom de plasma, que l’on trouve autour des étoiles. »
Auparavant, Ishikawa et Tobita avaient exploré la possibilité qu’un phénomène théorique connu sous le nom d’effet Hall électrofaible puisse faciliter les interactions des neutrinos dans l’atmosphère solaire. Cela se produit lorsque, dans des conditions extrêmes, deux des interactions fondamentales de l’Univers, l’électromagnétisme et la force faible, fusionnent en une seule.
Selon la théorie électrofaible, les neutrinos pourraient interagir avec les photons, ont découvert les chercheurs. Si l’atmosphère d’une étoile pouvait produire le type d’environnement propice à l’effet Hall électrofaible, ces interactions pourraient s’y produire.
Dans leur article, Ishikawa et Tobita calculent les états énergétiques du système de photons et de neutrinos au cours de cette interaction.
“En plus de leur contribution à notre compréhension de la physique fondamentale, nos travaux pourraient également aider à expliquer ce qu’on appelle le casse-tête du chauffage de la couronne solaire”, explique Ishikawa.
“Il s’agit d’un mystère de longue date concernant le mécanisme par lequel l’atmosphère extérieure du Soleil – sa couronne – a une température beaucoup plus élevée que la surface solaire. Nos travaux montrent que l’interaction entre les neutrinos et les photons libère de l’énergie qui réchauffe la couronne solaire de l’atmosphère. ” “
Dans leurs travaux futurs, les deux hommes espèrent approfondir leurs recherches sur la manière dont les neutrinos et les photons échangent de l’énergie dans des environnements extrêmes.
La recherche a été publiée dans Physique ouverte.