Un détecteur de neutrinos vient de faire une détection incroyable : une quantité beaucoup plus importante de ces mystérieuses particules que prévu. Et la meilleure explication de cette abondance mystérieuse est l’existence d’un type hypothétique de neutrino, appelé neutrino “stérile”.
Cette découverte, faite au laboratoire de neutrinos du Fermilab. MiniBooNE, reproduit un résultat obtenu il y a plusieurs décennies. Dans les années 90, l’expérience LSND (Liquid Scintillator Neutrino Detector) menée à Los Alamos, au Nouveau-Mexique, avait également constaté un excès de neutrinos, et l’explication la plus populaire de cette anomalie était l’existence de neutrinos stériles
Mais il y a un problème : de nombreuses autres expériences sur les neutrinos menées depuis n’ont pas réussi à reproduire cette anomalie. Alors, que se passe-t-il ?
Les neutrinos sont parmi les particules les plus abondantes de l’Univers, mais ils sont très difficiles à détecter. Ils sont semblables aux électrons, mais ils n’ont pas de charge électrique et leur masse est très faible, de sorte qu’ils interagissent très peu avec la matière normale.
Il en existe trois sortes : l’électron, le muon et le tau, les deux derniers étant associés aux électrons plus lourds du même nom.
Il existe également un quatrième neutrino hypothétique, le neutrino stérile. Un tel neutrino n’interagirait pas avec la matière selon le modèle standard de la physique des particules, sauf peut-être par la gravité.
Si les neutrinos stériles existent, ils briseraient le modèle standard et changeraient à jamais la physique des particules. Ces particules ont même été proposées comme un candidat possible pour ce dont la matière noire pourrait être constituée.
Mais cette absence d’interaction signifie également que les neutrinos stériles ne peuvent pas être directement détectés par une expérience sur les neutrinos comme LSND ou MiniBooNE, qui utilisent des tubes photomultiplicateurs pour détecter les minuscules éclairs de lumière produits par les interactions entre neutrinos.
Cependant, un excès de neutrinos laisse supposer l’existence de la particule, car – théoriquement – ils peuvent se mélanger aux neutrinos normaux et modifier l’amplitude de l’oscillation.
Les résultats antérieurs de MiniBooNE ont révélé un excès de neutrinos et d’antineutrinos électroniques, ce qui a intrigué les physiciens, mais les a rendus sceptiques ; le nouveau résultat est beaucoup plus prononcé.
L’expérience a été mise en place pour reproduire une expérience précédente, qui avait révélé que les neutrinos pouvaient changer de saveur. Les chercheurs ont tiré des faisceaux de neutrinos et d’antineutrinos muoniques dans le réservoir rempli d’huile de MiniBooNE afin de détecter les éclairs lumineux résultant d’une interaction entre les antineutrinos et les neutrinos électroniques.
Ils ont observé 2 437 événements, soit environ 460 de plus que prévu.
Il est donc moins probable, comme l’ont proposé d’autres physiciens, que le résultat de LSND soit le fruit d’une erreur de calcul.
Mais d’autres expériences n’ont toujours pas réussi à reproduire ce résultat, y compris celle du MiniBooNE lui-même en 2007.
Le résultat le plus accablant a été celui du détecteur de neutrinos IceCube, au pôle Sud, en 2016. Après avoir analysé 100 000 événements neutrinos, observés sur une décennie, les physiciens ont annoncé qu’ils n’avaient pas réussi à faire une détection cohérente avec l’existence de neutrinos stériles.
Cela ne signifie pas qu’ils n’existent pas. Mais cela ne signifie pas non plus qu’ils existent ; d’autres particules, par exemple, auraient pu être à l’origine des résultats de LSND et de MiniBooNE.
Jusqu’à présent, ces derniers résultats n’ont été publiés que sur le serveur de préimpression arXiv. Bien qu’il n’y ait pas encore eu d’examen par les pairs, la communauté des physiciens est en train de creuser pour en savoir plus.
Nous savons que les résultats existent, mais pas ce qui les a provoqués – ni pourquoi ils sont si difficiles à reproduire. Mais il est certain que nous entendrons encore parler de neutrinos stériles d’ici peu.
L’article est disponible sur le site de pré-impression arXiv.