Les neutrinos : rappels de phénoménologie

Imaginé par W. Pauli^1.1dès 1930 pour assurer la conservation de l'énergie lors des processus de désintégration $\beta$, le neutrino n'a été découvert par F. Reines^1.2 et C.L. Cowan que 25 ans plus tard. De charge électrique nulle, de masse infime et de spin 1/2, le neutrino, par sa faible interaction avec la matière, ne laisse que très peu de « trace » lors de son passage dans les détecteurs. Cependant depuis son introduction, au départ hypothétique, et malgré la difficulté de sa détection, cette particule n'a eu de cesse de stimuler la curiosité des physiciens expérimentateurs et théoriciens. La figure 1.1 illustre cet état de fait : en 1980, environ 400 articles de physique contenant le mot « neutrino » dans leur titre ont été répertoriés contre environ 1400 en 2001. C'est au travers de l'ensemble de ces parutions, que le formalisme des neutrinos a acquis une formulation qui lui est propre. C'est ainsi que des concepts tels que « longueur d'oscillation », « effet MSW », « différence de masse carrée », « neutrino solaire », « neutrino atmosphérique » ou encore « hiérarchie de masse » sont aujourd'hui communément utilisés par les physiciens des neutrinos.

Figure 1.1: Nombre d'articles de physique, répertoriés dans SPIRES [SPIRES-web 2003] dont le titre comporte le mot « neutrino » , en fonction de l'année de parution  [Gonzalez-Garcia 2003].

Nous leur consacrons une partie de ce chapitre. Nous aborderons en particulier les oscillations de neutrinos dans le vide et dans la matière, à deux et trois familles de neutrinos. Ce mécanisme est en effet le plus adapté pour expliquer les déficits en neutrinos constatés entre autre auprès des expériences de neutrinos solaires.