Figure 1: sensibilités typiques au temps de vie-masse des neutrinos pour le processus de désintégration non-radiative. Les bandeaux correspondent au cas où la désintégration des neutrinos est, soit quasiment totale, soit absente. Le bandeau SN1987A correspond aux énergies des neutrinos entre 10 et 50 MeV.
Pilar Iváñez-Ballesteros (doctorante APC) et Maria Cristina Volpe (groupe Théorie APC) ont publié un article dans la revue Physics Letters B présentant la toute première analyse de likelihood des 24 évènements neutrinos de la SN1987A, incluant la désintégration non-radiative des neutrinos.
Le 23 février 1987 l’explosion de Sk-69°202 dans le Grand Nuage de Magellan (galaxie satellite de la Voie Lactée) a produit la supernova 1987A. C’est un événement unique, car pour la première (et unique) fois des neutrinos provenant du collapse du cœur d’une étoile massive ont été détectés par les détecteurs Kamiokande-II, IMB, et Baksan (existant à l’époque).
R. Davis (Homestake) et M. Koshiba (Collaboration Kamiokande) ont reçu le prix Nobel de Physique en 2002, pour l’observation pionnière des neutrinos solaires et de la supernova respectivement, avec R. Giacconi (astronomie X). Depuis leur détection, les 24 événements de neutrinos de la SN1987A représentent un laboratoire unique pour la physique des particules et l’astrophysique. En particulier, leur analyse a permis d’obtenir de nombreuses limites sur les propriétés des neutrinos, des nouvelles particules et sur les interactions non-standard.
Parmi les propriétés inconnues des neutrinos il y a la désintégration non-radiative. En effet, du fait que les neutrinos ont une masse, un neutrino lourd peut se désintégrer en un neutrino plus léger et une nouvelle particule (pseudo)scalaire, comme le Majorona. Diverses limites ont été obtenus sur la désintégration non-radiative des neutrinos en utilisant les neutrinos provenant du Soleil, des réacteurs, des accélérateurs et les neutrinos de ultra-haute énergie (Figure 1).
En réalisant la toute première analyse de likelihood des 24 évènements neutrinos de la SN1987A incluant la désintégration non-radiative, Pilar Iváñez-Ballesteros et Maria Cristina Volpe ont obtenu une limite inférieure très compétitive sur le rapport temps de vie-masse des neutrinos
τ /m ≥ 2.4 × 105 s/eV (1.2 × 105) s/eV at 68 % (90 %) C.L.
pour les états propres de masse ν2 and ν1 (Figure 2). Ce résultat exclut toutes les limites antécédentes sur le rapport temps de vie-masse des neutrinos en hiérarchie de masse inverse, obtenues en particulier avec les neutrinos des réacteurs, solaires ou de ultra-haute énergie. De plus ce résultat est compétitif avec les limites (modèle dépendantes) obtenues en cosmologie [1].
Figure 2 : Résultats montrant les rapport des 7D profile likelihood utilisant les 24 événements des neutrinos de la SN1987A (hiérarchie inverse de masse des neutrinos). Les calculs incluent l’effet de Mikheev-Smirnov-Wolfenstein et la désintégration des neutrinos dans une approche à 3 saveurs. Les courbes sont pour les cas suivants : sans les données de Baksan et avec le bruit de fond (ligne pleine) ; avec les données de Baksan et le bruit de fond (ligne en tiré-pointillé) ; sans les données de Baksan et sans bruit de fond (pointillé) et avec les données de Baksan et sans bruit de fond (ligne en tiré). Les lignes horizontales correspondent, de bas en haut, à 68%, 90%, 95%, and 99% C.L.
Reference
[1] Pilar Iváñez-Ballesteros, Maria Cristina Volpe, "SN1987A and neutrino non-radiative decay", Physics Letters B 847 (2023), 138252.
La limite obtenue dans ce travail est publiée dans la «Review of Particle Physics» -- S. Navas et al. (Particle Data Group) Phys. Rev. D 110, 030001 (2024).
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- Théorie
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