Propriétés non-standard des neutrinos et leur impact en astrophysique et en cosmologie – NeuPAC

L'objectif de ce projet est d'étudier d'un point de vue théorique et phénoménologique les propriétés non standard des neutrinos et leurs conséquences en physique des particules, en astrophysique et en cosmologie. Il se déroulera dans une période riche en données expérimentales, car plusieurs expériences (MiniBoone, MINOS, OPERA, NEMO, GERDA, CUORE, KATRIN ...) commenceront à produire des résultats entre 2005 et 2010. L'analyse de ces données apportera des informations précieuses sur les propriétés des neutrinos, qui en retour permettront de contraindre les scénarios de nouvelle physique. Le projet s'articule autour de trois étapes, qui pourront être menées de front ou successivement. La première est l'étude des propriétés non standard des neutrinos (mélange des neutrinos actifs et stériles, propriétés électromagnétiques, interactions violant la saveur) et de leurs manifestations expérimentales. Dans ce but, on explorera différents scénarios de physique au-delà du Modèle Standard (e.g. dans le cadre des théories supersymétriques, ou avec dimensions supplémentaires) compatibles avec les observations expérimentales. La deuxième étape est l'étude du rôle des neutrinos dans l'origine de l'asymétrie baryonique de l'Univers via la leptogenèse. On travaillera sur des mécanismes simples, compatibles avec les données expérimentales sur les neutrinos, et reproduisant l'asymétrie baryonique observée. On déduira de cette dernière condition des contraintes sur les propriétés des neutrinos (spectre de masse, échelle absolue de masse...). Finalement, dans une troisième phase, l'impact des propriétés non standard des neutrinos sur leur propagation lors de l'explosion des Supernovae de type II sera étudié. En effet, l'existence de neutrinos stériles, d'un moment magnétique non nul pour le neutrino, ou la présence d'interactions violant la saveur, peuvent affecter leur propagation dans l'étoile et modifier de manière importante leur spectre d'énergie. On s'intéressera en particulier à la possibilité d'extraire du signal observé dans un observatoire (existant ou en phase d'étude, tel que le projet Mégatonne) des informations sur les caractéristiques de l'étoile (onde de choc, champs magnétiques), ou sur les propriétés des neutrinos eux-mêmes. Ces dernières ont également un effet important sur d'autres phénomènes astrophysiques, comme la nucléosynthèse des éléments lourds lors du processus-r.