Les neutrinos sont peut-être les particules les plus étranges que nous connaissions. Il est beaucoup, beaucoup plus léger que toute autre particule de masse et n’interagit avec d’autres matières que via la force faible – ce qui signifie qu’il n’interagit pratiquement avec rien. Trois types (ou saveurs) de neutrinos ont été identifiés, et toute particule individuelle n’a pas d’identité fixe. Alternativement, il peut être vu comme une superposition quantitative des trois saveurs et oscillera entre ces identités.

Comme si tout cela ne suffisait pas, un ensemble de mesures étranges a suggéré qu’il pourrait y avoir un quatrième type de neutrino qui n’interagit même pas via la force faible, ce qui le rend impossible à détecter. Ces « neutrinos stériles » pourraient expliquer les petites masses d’autres neutrinos, ainsi que la présence de matière noire, mais la chose « impossible à détecter » rend difficile la gestion directe de leur présence.

Les indices les plus forts de leur existence proviennent d’étranges résultats de mesure lors d’expériences avec d’autres saveurs de neutrinos. Mais une nouvelle étude exclut aujourd’hui les neutrinos stériles comme explication d’une telle anomalie – tout en confirmant que les anomalies sont réelles.

Découverte indétectable

Nous pouvons détecter la présence de particules de deux manières : soit elles interagissent directement avec une autre substance, soit elles se désintègrent en une ou plusieurs particules. C’est ce qui rend les neutrinos stériles indétectables. Ce sont des particules fondamentales et ne doivent pas se décomposer en quoi que ce soit. De plus, ils n’interagissent avec d’autres matières que par gravité, et leurs faibles masses rendent la détection par cette voie impossible.

Au lieu de cela, nous pouvons les détecter par des oscillations de neutrinos. Vous pouvez mettre en place une expérience qui produit un certain type de neutrinos à un rythme connu, puis essayer de détecter ces neutrinos. S’il y avait des neutrinos stériles, certains des neutrinos qu’ils produisaient oscilleraient dans cette identité et ne seraient donc pas détectés. Vous finissez donc par mesurer moins de neutrinos que vous ne le pensez.

C’est exactement ce qui se passait dans les réacteurs nucléaires. L’un des produits de la désintégration radioactive (qui est entraîné par la force faible) est le neutrinos, de sorte que les réacteurs nucléaires produisent de grandes quantités de ces particules. Cependant, les mesures effectuées à l’aide de détecteurs placés à proximité ont détecté environ 6 % de neutrinos en moins que prévu. L’oscillation rapide des neutrinos stériles pourrait expliquer cet écart.

Mais ces expériences sont vraiment difficiles. Les neutrinos interagissent rarement avec les détecteurs de sorte que seule une fraction de ceux produits sont enregistrés. Et les réacteurs nucléaires sont des environnements incroyablement complexes. Même si vous commencez avec un échantillon pur d’un seul isotope radioactif, la désintégration transforme rapidement les choses en un méli-mélo complexe de nouveaux éléments, certains radioactifs et d’autres non. Les neutrons émis peuvent également convertir l’équipement du réacteur en nouveaux isotopes qui peuvent être radioactifs. Par conséquent, il est difficile de savoir exactement combien de neutrinos vous produisez pour commencer et la fraction exacte de neutrinos que vous produisez qui sera enregistrée par votre détecteur.

Pour toutes ces raisons, il est difficile d’être sûr que les éventuelles anomalies dans les mesures de neutrinos sont réelles. Les physiciens ont tendance à adopter une attitude attentiste face aux indications que quelque chose d’étrange se passe.