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31 août 2013 6 31 /08 /août /2013 15:26

 

 Leptons et ‘matière noire’

Dans cet article, l’idée de base consiste à considérer, d’un certain point de vue, les leptons τ, µ, e, comme représentant une seule et même entité qui serait détectable à des énergies de masse distinctes et discrètes. Le socle de cette entité étant évidemment représenté par l’électron. Rappelons que le τ = 1776 Mev, le µ = 105 Mev, le e = 0.5 Mev. Le τ a une durée de vie de 3.10-13s, le µ de 2.10-6s et le e est indéfiniment stable. La désintégration naturelle du τ en µ ou en e conduit toujours à un sous-produit intermédiaire ou final de même charge électrique. La partie de la matière qui s’est désintégrée quand un τ devient un µ ou un e moyennant l’émission de ce que nous désignons : ‘neutrinos’ n’est vecteur d’aucune charge électrique. Je formule l’hypothèse que cette matière est noire en lien direct avec ce que l’on désigne la ‘matière noire’ et le problème de son identification. Les niveaux respectifs d’énergie de masse des trois leptons sont identifiés grâce à la loi E = mc2, évidemment il en est de même pour caractériser leurs différences de valeurs. Ainsi (mτ-mµ)c2, (mµ-me)c2 ainsi que (mτ-me)c2 nous informe vraiment sur la quantité de l’énergie de masse qui se transforme dans le processus de désintégration car les paliers des désintégrations correspondent à des états de matière chargée. Mais cette énergie de masse transformée ne peut plus être qualifiée par l’intermédiaire de : E = mc2 car elle ne peut pas être rayonnante au même titre que notre matière visible et selon mon hypothèse elle ne peut être contrainte par la loi E = mc2 et en conséquence ce qui est produit ne peut pas être doté d’inertie comme cela est pour la matière ordinaire.

Certes nous considérons que nous détectons des neutrinos comme produits de la désintégration mais ceux-ci ne se laissent pas vraiment saisir, ni qualifier, par les lois habituelles et il en est ainsi depuis les années 1930.

(Einstein a consacré une bonne partie de sa vie à chercher une loi qui montre une unification possible de l’interaction gravitationnelle et de l’interaction électromagnétique mais aucune de ses tentatives n’a été concluante. A cette époque son intuition de cette unification était grande, partagée par d’autres savants, et donc ses échecs étaient d’autant plus frustrants. Mon hypothèse constitue une réponse minimaliste comparée à l’ambition première mais elle offre une réponse dans cette direction. En effet je propose de considérer que toute matière élémentaire, chargée, est contrainte par E = mc2, loi qui rend compte d’une corrélation entre la matière quantifié par m et la vitesse de déplacement du rayonnement E.M. émis par cette matière chargée. Par contre, lorsque la matière est nue de charge électrique cette corrélation n’est plus et la matière en question n’est pas contrainte par mc2.)

Considérons les processus suivants de désintégration :

μ+       e+ + νe + anti νμ

                                      μ-       e- + anti νe + νμ

τ-        e- + anti νe + ντ    mais aussi     τ-        μ- + anti νμ + ντ

τ+       e+ + νe + anti ντ   mais aussi    τ+       μ + + νμ + anti ντ

Cette écriture des processus de désintégration est plus le fruit du respect de règles instituées (conservation du nombre leptonique) que celui de l’observation, de la détection, car la présence des neutrinos est ‘décelée’ par défaut. L’énergie et la quantité de mouvement qu’on leur attribue est déduite par la règle qu’il doit y avoir égalité entre ce qui est entrant et ce qui est sortant. N’oublions pas que c’est ainsi qu’a été inventé le neutrino par Pauli, et à partir de là on a conçu, par déduction, l’ensemble des propriétés des neutrinos.

En règle général les physiciens sont convaincus que les neutrinos sont là, en tant que particules, certes on ne les détecte pas (ou si peu) mais c’est parce qu’ils sont très, très, faiblement interactifs. Mon hypothèse est la suivante : « Ce que nous nommons neutrinos résulte d’une illusion qui est celle de la conviction que E = mc2 est une loi universelle quel que soit le type de matière que nous traitons. » Pour illustrer mon propos, il suffit de de constater comment est présentée succinctement l’expérience Katrin : « Si le neutrino est une particule sans masse, il n'y a pas de frontière minimale à l'énergie que le neutrino peut porter, le spectre d'énergie de l'électron devrait aller jusqu'à la limite de 18,6 keV. Par ailleurs, si le neutrino a de la masse, alors il doit transporter au moins le niveau d'énergie équivalent à sa masse tel que calculé avec E=mc2, et le spectre de l'électron devrait tomber à la limite du total d'énergie et avoir une forme différente.»

Qu’est-ce qui pourrait constituer des détecteurs en matière noire ? Question sans réponse actuellement.

Dans la continuité et la cohérence de mon hypothèse il faudrait aussi considérer que le µ et le τ sont des particules composites de matière ordinaire et de ‘matière noire’. Peut-être que cette hypothèse pourrait rendre compte du résultat étonnant, doublement obtenu, concernant le rayon du proton lorsqu’au lieu d’un électron on installe un muon en orbite d’un proton et que l’on fabrique ainsi de l’hydrogène muonique. Evidemment on est très surpris du résultat car on traite le muon comme s’il était un gros électron obéissant aux mêmes lois que celui-ci mais avec une masse différente. Avec cette hypothèse, on doit envisager qu’il y ait une interpénétration de matière ordinaire et de ‘matière noire’. Ceci vaut jusqu’au niveau le plus élémentaire en considérant par exemple la désintégration du neutron n      p + e- + anti νe qui en fait d’une façon plus fondamentale correspond à la désintégration d      u + e- + anti νe. Ceci constituerait une piste nouvelle pour rendre compte de l’instabilité du neutron. Sans fournir pour autant une réponse à la question de la stabilité du proton, sauf à considérer que la composante matière noire est répulsive avec son alter égo comme cela se présente à la distance de cohabitation au sein du neutron composé d’1 quark u et de 2 quarks d, situation qui n’est plus au sein du proton composé de 2 u et 1 d.

Interpénétration, imbrication, de la matière ordinaire et de la ‘matière noire’ ne constitue pas une hypothèse difficile à formuler puisque, dans le scénario actuel des premiers instants de l’univers, la cohabitation à très forte densité entre matière noire/neutrinos et quarks est envisagée dès les premiers instants de l’universet puis après 380.000 ans ce sont les puits de potentiel constitués par la concentration progressive et significative de la matière noire qui ont précipité les grumeaux de matière ordinaire. Dans ces phases de l’évolution de l’univers, qu’il y ait eu jusqu’à une incrustation de la matière noire dans la matière ordinaire, étant donné les densités en jeu des matières en présence, constitue une proposition soutenable. En cosmologie, en retenant le modèle hiérarchique, nous disposons d’observations qui pourraient valider cette hypothèse puisque : dans les galaxies les effets ‘actuels’ de la matière noire se font sentir surtout à l’extérieur de celles-ci (halo qui enveloppe la galaxie) et dans les amas de galaxies formés après coup la densité de matière noire relevée actuellement est six fois supérieure à la matière baryonique.

Qu’elle est la nature de ce qu’il y a entre (mτ-mµ)c2, (mµ-me)c2 ainsi que (mτ-me)c2 ?

Pour tenter de répondre à pas comptés à cette question, je rappelle que depuis un certain temps les publications anglo-saxonnes utilisent, pour évoquer la problématique de la matière noire, le terme générique de ‘stuff’ qui se traduit bien en français par : ‘étoffe’, ‘substance’, ‘affaire’. Je n’ai pas la trace du moment de ce basculement sémantique pour évoquer la matière noire ni des raisons objectives si elles sont exprimées, mais il faut comprendre qu’il y a, de la part des auteurs, volontairement ou involontairement, la volonté d’écarter toute idée qui serait préétablie d’un caractère corpusculaire de ce qui constitue la problématique de la matière noire. Je suis d’accord avec cette précaution qui est donc évidemment conceptuel et ainsi cela s’applique pour les neutrinos. Pour mieux appréhender ce qu’il y a entre (mτ-mµ)c2, (mµ-me)c2, (mτ-me)c2 si on conserve le terme neutrino évacuons l’idée qu’il conduise automatiquement à la représentation d’une particule aussi ténue qu’elle puisse l’être. Le neutrino est la quantité de réel la plus ténue jamais imaginée par un être humain. (F. Reines). Cela veut dire que la perspective de détecter la matière noire au moyen de l’observation de collisions de ses éventuels éléments constitutifs avec de la matière visible est vouée à l’échec (ce qui est actuellement le cas !). Parmi la douzaine d’expériences en cours citons-en quelques-unes par leur noms génériques : XENON, Edelweis, CoGeNT, CDMS.

L’indéfinition qu’implique l’usage du terme générique ‘stuff’, ouvre la voie à une réflexion nouvelle, moins conditionnée, à propos des leptons et de la ‘matière noire’. Si on déconnecte le terme neutrino d’une représentation corpusculaire et qu’on le relie avec ce qui serait une manifestation spécifique du ‘Stuff’, on peut reprendre la problématique de l’oscillation, y compris avec le concept de saveur. En effet avec la première phrase de l’article j’ai précisé que : « L’idée de base consiste à considérer, d’un certain point de vue, les leptons τ, µ, e, comme représentant une seule et même entité qui serait détectable à des énergies de masse distinctes et discrètes.» Il s’en déduit que le τ, le µ, lee, représente chacun une saveur de la même entité en question. Il est normal que cette saveur soit transmise à la production dérivée. Dans ce cas il faut penser : « Le ‘stuff’ aurait des apparences tauiques, muoniques, électroniques mais ce serait toujours fondamentalement le même ‘Stuff’. » Ici le concept de ‘stuff’ annule la conception des neutrinos comme particules et contredit l’affirmation de Takashi Kobayashi du KEK (Japon) : « Le simple fait que les neutrinos ont une masse prouve qu’il y a une physique au-delà du Modèle Standard. Les masses induisent la propriété de mélange par le fait que les différentes saveurs des neutrinos sont des combinaisons linéaires des états de masse. » Le propos de Kobayashi s’inscrit dans la logique la plus stricte du raisonnement basique en ce qui concerne les neutrinos : « Les états de masse de ceux-ci ne coïncident pas avec leurs états de saveurs, en conséquence… » On peut s’interroger si ce raisonnement échappatoire n’a pas été un obstacle à un questionnement plus approprié sur la corrélation : quantification de charge électrique et quantification de la matière vecteur de cette charge, c.-à-d. : m = E/c2. Après tout on aurait pu creuser ce sillon plutôt que de supposer uniquement que les neutrinos avaient automatiquement une masse mais celle-ci était masquée à notre observation directe. Toujours est-il que cette construction théorique n'a toujours pas été validée et aucun résultat à la source n’a été obtenu. Nous concevons des détecteurs de plus en plus phénoménaux, mobilisant des ressources intellectuelles et matérielles gigantesques réunies à l’échelle de continents (Amérique du Nord, Europe, Asie.), avec l’espoir d’aboutir à des résultats significatifs.

Ma conception n’annule pas la valeur des réactions suivantes :

                       νe + n      p + e-

νµ + n      p + µ-

                       ντ + n      p + τ-

Dans ce cas les différents ν symbolisent les saveurs apparentes et distinctes du ‘stuff’. Entendues ainsi ces réactions représentent des interactions, des influences, entre la ‘matière noire’, le ‘stuff noir’, et des particules de matière visible.

 

Récapitulons :

Dans une même entité sont réunis le τ, le µ, le e. Chacun d’entre eux représente un niveau quantique d’énergie de masse de cette entité.

La saveur est une propriété qui est attachée aux leptons : τ, µ, e. Ils induisent les saveurs possibles du ‘Stuff noir’.

La matière noire est là mais elle est non spécifiquement localisable : aucune partie de la matière noire ne se différencie d’une autre partie ! C’est une matière qui n’est pas contrainte par E= mc2, aucune valeur d’inertie ne peut lui être attribuée comme cela est pour la matière ordinaire.

Le concept de ‘stuff’ dédouane d’une description de la matière noire qui serait composée d’éléments irréductibles

Par exemple le Z0 se désintègre d’une façon équiprobable en τ et anti τ, en µ et anti µ, en e et anti e. Il en est quasiment de même pour la désintégration des W en ℓν

Dans ‘La Matière-Espace-Temps’ de Spiro et Cohen-Tannoudji, p.264 : « La désintégration du muon à l’arrêt fait apparaître un électron dans l’état final et rien d’autre. On pourrait ainsi penser qu’un νeaccompagne l’électron : μ-→e+anti νe. Cette réaction conserve le nombre quantique électronique précédemment défini. Dans ce cas l’électron devrait être mono-énergétique, pour que l’impulsion et l’énergie soient conservées dans cette désintégration. Or à nouveau le spectre observé est un spectre continu. En introduisant une nouvelle espèce de neutrino, le neutrino muonique, ce nouveau puzzle est résolu : μ- e- + anti νe + νμ. Le spectre en énergie de l’électron prévu théoriquement est en bon accord avec l’expérience.

Voir Wikipédia en français.

Voir : Techno-Science, article du 10/07/2010 : « quelle est la taille du proton ? » ;  NewScientist, article du 24/01/2013 : ‘Schrinking proton puzzle persists in new measurement.’

Tous les scénarios de cosmologie primordiale indiquent que les quarks, électrons, neutrinos, matière noire, sont présent dans l’univers avant la phase de la formation des nucléons qui s’engage à 10-6s après le supposé Big-Bang. Il est aussi supposé qu’au bout d’une seconde commence la nucléosynthèse ainsi que s’émet le ‘fond diffus’ de neutrinos.

Cern Courier, Sept. 2012, p.56.

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