Ettore Majorana

Ettore Majorana (5 août 1906 – disparu depuis le 27 mars 1938) était un physicien italien. De lui vient la question de savoir si le neutrino est sa propre antiparticule — une question qui, après presque quatre-vingt-dix ans, reste toujours ouverte.

Sa disparition compte parmi les cas non élucidés les plus connus de l'histoire des sciences.

Un talent d'exception

Majorana était originaire de Catane, en Sicile, et vint à la physique par des études d'ingénieur. À partir de 1928, il appartint au groupe de travail réuni autour d'Enrico Fermi à Rome.

Fermi, lui-même peu porté aux grandes phrases, porta sur lui un jugement inhabituel : il y aurait des scientifiques de premier rang qui vont loin, et puis il y aurait des génies comme Galilée et Newton. Majorana appartiendrait aux seconds.

Une particularité rendait ce don difficile à exploiter : Majorana ne publiait presque rien. Il menait des calculs, notait le résultat sur un bout de papier, s'en servait pour allumer sa cigarette et rentrait chez lui.

L'exemple le plus connu : en 1932, il conclut des expériences des Curie à l'existence d'une particule neutre dans le noyau atomique. Fermi le pressa de publier. Il ne le fit pas. Quelques semaines plus tard, James Chadwick mit le neutron en évidence et reçut pour cela le prix Nobel en 1935.

Le travail de 1937

Sa dernière publication est en même temps la plus lourde de conséquences.

Paul Dirac avait établi en 1928 une équation dont il découlait qu'à chaque particule devait correspondre une antiparticule. Pour l'électron, cela se vérifia — le positron fut trouvé en 1932.

Majorana demanda s'il ne pouvait pas en aller autrement. Il montra que pour les particules électriquement neutres il existe une équation dans laquelle particule et antiparticule sont une seule et même chose. Une telle particule s'appelle aujourd'hui fermion de Majorana.

Pour les particules chargées, cela est exclu — un électron ne peut pas être un positron, les charges se contredisent. Mais le neutrino est neutre. Chez lui, la possibilité de Majorana reste ouverte.

Lui-même la tenait expressément pour applicable au neutrino.

La disparition

Le 25 mars 1938, à Naples, où il enseignait, Majorana retira ses économies et monta à bord du navire pour Palerme. De là, il envoya deux messages contradictoires — l'un qui peut se lire comme une lettre d'adieu, et un second qui le retire. Le 27 mars, il monta à bord du navire du retour vers Naples. Il n'y arriva jamais.

Les enquêtes ne donnèrent rien. Au fil des décennies, plusieurs explications furent avancées : suicide, retraite dans un monastère, émigration en Amérique du Sud. Un parquet italien parvint en 2015, après examen de témoignages, à la conclusion qu'il avait entre-temps vécu au Venezuela. Aucune de ces versions n'est établie.

Majorana avait 31 ans.

Pourquoi sa question compte aujourd'hui

Depuis que l'oscillation des neutrinos atteste que les neutrinos possèdent une masse, la proposition de Majorana n'est plus un jeu de l'esprit, mais l'une des questions ouvertes centrales de la physique des particules.

Si le neutrino était une particule de Majorana, le nombre leptonique ne serait pas une grandeur de conservation stricte. Cela ouvrirait la voie au mécanisme de bascule, qui pourrait expliquer la petitesse de la masse du neutrino — et, par la leptogenèse, à une explication de la raison pour laquelle l'univers est fait de matière.

La question pourrait être tranchée par la double désintégration bêta sans neutrinos. Plusieurs expériences la recherchent dans le monde entier ; aucune ne l'a trouvée.

Postérité

La notion de fermion de Majorana a depuis longtemps débordé la physique des particules. En physique du solide, on étudie dans les supraconducteurs des excitations qui se comportent formellement comme des particules de Majorana et qui présentent un intérêt pour le développement d'ordinateurs quantiques tolérants aux fautes.

Ainsi un travail de neuf pages datant de 1937 continue-t-il d'agir aujourd'hui dans deux domaines qui, à l'époque, n'existaient ni l'un ni l'autre.

Termes associés

• Antineutrino — Dirac ou Majorana
• Double désintégration bêta — la mise en évidence possible
• Mécanisme de bascule
• Enrico Fermi — son mentor

Sources

• E. Majorana : Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone, Il Nuovo Cimento 14, 171 (1937).
• E. Amaldi : Ettore Majorana: Man and scientist, dans Strong and Weak Interactions, Academic Press (1966).