Jack Steinberger

Jack Steinberger (25 mai 1921 – 12 décembre 2020) était un physicien germano-américain. Il fut l'un des trois découvreurs du neutrino muonique et reçut pour cela en 1988 le prix Nobel de physique.

Sa carrière embrasse presque tout l'âge de la physique des particules — depuis les premiers accélérateurs des années 1940 jusqu'au Large Electron-Positron Collider du CERN.

Fuite et formation

Steinberger naquit sous le nom de Hans Jakob Steinberger à Bad Kissingen, en Franconie, où son père était chantre de la communauté juive.

En 1934, ses parents l'envoyèrent avec son frère aux États-Unis grâce à un programme d'aide aux enfants juifs. Une famille de Chicago l'accueillit et lui permit d'aller à l'école. Les parents purent suivre plus tard.

Il étudia d'abord la chimie, travailla entre-temps comme chimiste dans une entreprise pharmaceutique et ne passa qu'ensuite à la physique. En 1948, il soutint sa thèse à l'University of Chicago auprès d'Enrico Fermi.

Sa thèse de doctorat avait déjà trait aux neutrinos : il montra que, lors de la désintégration du muon, naissent deux particules neutres et non une seule — indice précoce que le monde des neutrinos est plus compliqué qu'il ne le paraissait.

L'expérience de 1962

À la Columbia University, Steinberger faisait partie du trio qui construisit le premier faisceau de neutrinos et démontra ainsi qu'il existe plus d'une sorte de neutrinos. Le dispositif est décrit sur la page consacrée à Melvin Schwartz.

La contribution de Steinberger résida avant tout dans l'analyse : déduire avec certitude, à partir de 51 événements, que l'absence d'électrons n'était pas un hasard. Avec des nombres aussi faibles, c'est la rigueur statistique qui décide si un constat tient — et elle fut toute sa vie sa marque de fabrique.

CERN

En 1968, Steinberger partit au CERN à Genève et y resta pour le reste de sa carrière. Il dirigea l'expérience CDHS, qui mesura avec des faisceaux de neutrinos la structure interne du proton et éprouva la théorie de l'interaction forte.

Son dernier grand projet fut ALEPH, l'un des quatre détecteurs du Large Electron-Positron Collider.

Le nombre trois

C'est là que fut réussie, à partir de 1989, une mesure de portée fondamentale.

Un boson Z peut se désintégrer en différentes paires de particules, notamment en un neutrino et son antiparticule. On ne voit pas de telles désintégrations — mais elles raccourcissent la durée de vie du Z et élargissent ainsi sa courbe de résonance.

De la largeur mesurée, on pouvait donc lire combien d'espèces légères de neutrinos il existe en tout.

La réponse fut : trois. Pas deux, pas quatre — exactement trois. Le nombre de familles de particules n'était dès lors plus une hypothèse, mais une valeur mesurée.

La nature de la mesure est remarquable. On compte quelque chose que l'on ne voit pas, en observant à quelle vitesse quelque chose d'autre se désintègre. La question des neutrinos stériles n'en est pas affectée, car ceux-ci ne se coupleraient pas au boson Z.

Attitude et vieillesse

Steinberger s'exprima régulièrement dans sa vieillesse sur les questions climatiques et sur la responsabilité de la science. Il signa des appels au désarmement et à la protection du climat et fut présent au CERN jusqu'au-delà de quatre-vingt-dix ans.

Il mourut en 2020 à 99 ans à Genève — comme l'un des derniers à avoir encore connu Fermi personnellement.

Mise en perspective

Les travaux de Steinberger tracent une ligne à travers la physique des neutrinos : de la découverte que deux particules neutres naissent lors de la désintégration du muon, à la mise en évidence de la deuxième espèce de neutrinos, jusqu'à la constatation qu'il en existe exactement trois.

Ainsi était dressée la scène sur laquelle l'oscillation des neutrinos put être découverte plus tard. Sans la certitude quant au nombre des espèces, la matrice PMNS serait restée une conjecture.

Termes apparentés

• Melvin Schwartz et Leon Lederman
• Bosons W et Z — la mesure du nombre de familles
• Enrico Fermi — son directeur de thèse
• Neutrinos stériles

Sources

• G. Danby et al. : Observation of High-Energy Neutrino Reactions and the Existence of Two Kinds of Neutrinos, Physical Review Letters 9, 36 (1962).
• Collaboration ALEPH : Determination of the Number of Light Neutrino Species, Physics Letters B 231, 519 (1989).