Martin Perl
Martin Lewis Perl (24 juin 1927 – 30 septembre 2014) était un physicien américain. Il découvrit le lepton tau et ouvrit ainsi la troisième famille des particules de matière — à laquelle appartient aussi le neutrino tauique.
Il reçut en 1995 le prix Nobel de physique, conjointement avec Frederick Reines. L'Académie honora les deux hommes pour leurs « contributions expérimentales pionnières à la physique des leptons ».
De l'ingénieur au physicien
Perl grandit à Brooklyn, fils d'immigrants juifs. Il étudia d'abord le génie chimique et travailla quelques années pour General Electric, où il mit notamment au point des tubes électroniques.
Ce n'est qu'ensuite qu'il se résolut à étudier la physique. En 1955, il soutint sa thèse à la Columbia University — auprès d'Isidor Rabi, dans un groupe de travail dont est issu aussi Leon Lederman.
En 1963, il partit au Stanford Linear Accelerator Center, où il resta jusqu'à la fin.
Les événements singuliers
Au milieu des années 1970, Perl étudiait auprès de l'anneau de stockage SPEAR des collisions d'électrons et de positrons.
Il y remarqua des événements qui ne cadraient pas avec le tableau : de la collision sortaient un électron et un muon de charges opposées — et rien d'autre de visible.
De tels événements semblaient violer la conservation du nombre leptonique par famille, car un électron et un muon appartiennent à des familles différentes.
L'interprétation de Perl : il naît deux leptons lourds et de courte durée de vie. Chacun se désintègre pour son compte — l'un en un électron, l'autre en un muon — et des neutrinos invisibles sont libérés ce faisant, qui sauvent le bilan.
Trois ans de résistance
Le milieu scientifique était sceptique, et pour des raisons compréhensibles.
Un nouveau lepton n'était pas prévu ; deux familles semblaient suffire. Et la signature — deux particules chargées et beaucoup d'énergie manquante — pouvait aussi s'expliquer par des processus connus, par exemple par des désintégrations de particules à quarks charmés, qui venaient d'être découvertes peu auparavant.
Entre les premiers indices de 1974 et la reconnaissance générale, il s'écoula environ trois ans. Perl dut défendre son analyse à maintes reprises, déterminer le bruit de fond plus précisément et montrer qu'aucune explication connue ne suffit.
La nouvelle particule reçut le nom de tau, d'après l'initiale grecque de triton — « le troisième ».
Pourquoi cela concerne la physique des neutrinos
À chaque lepton chargé correspond un neutrino propre. Avec le lepton tau, il fallait donc en attendre un troisième.
Deux confirmations suivirent. Au CERN, il ressortit en 1989 de la largeur de désintégration du boson Z qu'il existe exactement trois espèces légères de neutrinos. Et en l'an 2000, DONUT mit directement en évidence le neutrino tauique au Fermilab.
La famille de particules était ainsi complète — et la base était posée pour l'oscillation des neutrinos, qui est décrite comme un passage entre précisément ces trois espèces et qui trouve sa forme mathématique dans la matrice PMNS.
Autres travaux
Perl resta un ami des questions dérangeantes. Il chercha pendant des décennies des quarks libres à charge fractionnaire — avec un procédé inspiré de la célèbre expérience des gouttes d'huile de Millikan.
Il n'en trouva aucun. Il tenait néanmoins la recherche pour payante, parce qu'une trouvaille aurait tout changé : selon la compréhension actuelle, les quarks libres n'existent pas, et un seul renverserait la théorie de l'interaction forte.
Il s'engagea en outre en faveur de la promotion des jeunes chercheurs et parla ouvertement du temps qu'il avait fallu pour que sa propre découverte fût acceptée.
Mise en perspective
Le cas de Perl montre comment la reconnaissance scientifique se produit réellement : non par un instant, mais par l'apport obstiné de preuves, jusqu'à ce qu'aucune autre explication ne subsiste.
Que 25 ans se soient écoulés entre sa découverte de 1975 et la mise en évidence directe du neutrino correspondant en dit long, dans le même temps, sur la difficulté de ce domaine de recherche.
Termes apparentés
- DONUT — la mise en évidence directe du neutrino tauique
- Lepton — la famille de particules
- Frederick Reines — son colauréat
- Matrice PMNS — les trois espèces en interaction
Sources
- M. L. Perl et al. : Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺–e⁻ Annihilation, Physical Review Letters 35, 1489 (1975).
- Fondation Nobel : prix Nobel de physique 1995, motivation et conférence Nobel.