Résumé :
La collaboration internationale KM3NeT utilise le détecteur de neutrinos ORCA sur les fonds marins de la mer Méditerranée pour tester l'invariance de Lorentz dans la théorie de la relativité d'Einstein. L’équipe de recherche a analysé 1,4 années de données d’observation et a examiné un total de 5 828 événements candidats à des neutrinos atmosphériques ; les résultats n'ont trouvé aucun signe de perturbation de cette symétrie fondamentale, mais ont fixé de nouvelles limites expérimentales pour plusieurs écarts possibles.
L'invariance de Lorentz est un fondement important du modèle standard de la physique des particules et de la théorie de la relativité générale, ce qui signifie que les lois de la physique ne changent pas si un observateur se déplace à une vitesse constante différente ou dans une direction différente. Certaines théories de la gravité quantique estiment que l'espace et le temps peuvent ne pas être continus à des échelles extrêmement petites et qu'il peut y avoir de légers écarts. Mesurer précisément le comportement des neutrinos est l’un des moyens de trouver des indices sur cette nouvelle physique.
Les neutrinos interagissent rarement avec la matière et peuvent traverser la Terre en ne laissant presque aucune trace ; ils oscillent également entre différentes « saveurs » au cours de leur propagation. Les chercheurs ont comparé l'énergie, la direction d'arrivée et l'oscillation observées des neutrinos avec les attentes théoriques pour rechercher des anomalies pouvant être causées par la violation de l'invariance de Lorentz. Le détecteur ORCA utilisé cette fois ne comptait que six unités de détection déployées et était encore partiellement achevé.
L'analyse n'a trouvé aucune preuve de la destruction de l'invariance de Lorentz, mais a fourni des contraintes compétitives sur les effets spécifiques pouvant affecter les oscillations des neutrinos du muon et des neutrinos du tauon. L’étude a également directement limité pour la première fois les différences de coefficients diagonaux de plusieurs saveurs dans les secteurs des neutrinos du muon et du tauon. L'équipe de recherche a déclaré que malgré le volume de données limité et l'échelle du détecteur, les résultats sont comparables à ceux des expériences IceCube et Super-Kamiokande de plus longue durée.
À mesure qu'ORCA se développe et accumule davantage de données, l'équipe espère améliorer encore la précision des mesures ; un autre ensemble de détecteurs KM3NeT/ARCA pour les neutrinos de plus haute énergie devrait être utilisé pour étudier les neutrinos provenant de corps célestes lointains. Certaines théories prédisent que les écarts par rapport à l'invariance de Lorentz deviendront plus prononcés à mesure que l'énergie des particules ou la distance de propagation augmenteront, mais les événements astrophysiques de neutrinos actuellement enregistrés par ARCA ne sont pas suffisants pour réaliser une telle analyse.
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