Les neutrinos sont-ils vraiment plus rapides que la lumière ?

En 1905, la théorie de la relativité restreinte formulée par Albert Einstein a établi que la vitesse de la lumière dans le vide est une constante universelle. Elle constitue depuis une limite fondamentale de la physique.

Des résultats expérimentaux ont cependant remis en question cette idée il y a quelques années. En effet, l’expérience OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) au CERN a suggéré que des neutrinos auraient voyagé plus vite que la lumière dans une expérience entre Genève et le laboratoire italien du Gran Sasso en 2011.

Les neutrinos et les résultats inattendus de l’expérience OPERA

Avant de continuer, il faut savoir que les neutrinos sont des particules élémentaires très faiblement réactives. Ils sont notamment produits lors de réactions nucléaires et sont capables de traverser la matière presque sans obstacle. Des dizaines de milliards de neutrinos provenant du Soleil traversent en permanence la Terre et les êtres vivants.

L’expérience OPERA visait à étudier les oscillations des neutrinos en envoyant un faisceau de neutrinos muoniques depuis le CERN jusqu’au laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie, sur une distance d’environ 730 kilomètres.

En comparant le temps de départ des neutrinos et leur temps d’arrivée, les chercheurs ont remarqué que ceux-ci semblaient arriver légèrement plus tôt que prévu. Leur avance de quelques dizaines de nanosecondes suggérait une vitesse supérieure à celle de la lumière.

De l’anomalie à l’erreur instrumentale

Ces résultats ont donc relancé le débat sur les limites imposées par la relativité restreinte. Ils étaient cependant trop révolutionnaires pour être acceptés tels quels. Les chercheurs d’OPERA ont donc fait preuve d’une grande prudence dans l’interprétation de ces mesures.

Ils ont réexaminé chaque étape de l’expérience jusqu’à identifier un défaut dans le système de synchronisation. Celui-ci était lié à une mauvaise connexion d’un câble à fibre optique reliant un récepteur GPS aux horloges de mesure, responsable d’une erreur de quelques dizaines de nanosecondes.

D’autres expériences comme Icarus et IceCube ont quant à elles obtenu des vitesses compatibles avec celle de la lumière. Einstein n’a donc pas été contredit : les neutrinos respectent bien la vitesse de la lumière.