Le déficit observé par des physiciens du Los Alamos National Laboratory (États-Unis) dans la formation de germanium 71 pourrait trahir l’existence du neutrino stérile. Ou pas… © Davidus, Adobe Stock
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Neutrino stérile : détection d’une anomalie « très excitante »

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Le modèle standard de la physique des particules référence trois « saveurs » de neutrinos. Mais de nouvelles expériences semblent aujourd'hui vouloir confirmer l'existence d'une quatrième sorte de neutrino : le neutrino stérile.

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Le neutrino, c'est une particule élémentaire qui existe en trois « saveurs », disent les physiciens. Vraiment ? Pas si sûr, estiment certains. Car il pourrait bien exister une quatrième « saveur » de neutrino. Celle que les chercheurs appellent le neutrino stérile. Un neutrino quasi insaisissable. Ses frères ont l'habitude de traverser la matière sans que les physiciens puissent presque s'en rendre compte. Mais celui-ci serait encore plus fantomatique. Sensible uniquement à force gravitationnelle. Ainsi, contrairement à ses frères, le neutrino stérile se présenterait avec une masse non nulle. Il pourrait même constituer une part non négligeable de la fameuse matière noire qui continue d'échapper aux chercheurs.

Il y a quelques décennies déjà maintenant, une série d'observations anormales -- des particules qui semblaient s'être volatilisées -- avait motivé la mise en œuvre de plusieurs projets expérimentaux destinés à débusquer le neutrino stérile. Aujourd'hui, des chercheurs du Los Alamos National Laboratory (États-Unis) le confirment. Les résultats de leurs expériences s'écartent des prédictions théoriques du modèle standard de la physique des particules.

Qu'ont-ils observé, réellement ? Tout s'est passé quelque part à plus de 1.500 mètres sous les montagnes du Caucase (Russie). À l'abri du rayonnement cosmique. Dans le double réservoir de gallium liquide de l'expérience Baksan sur les transitions stériles (Best), quelque 26 disques de chrome 51. Le tout, bombardé par une source de neutrinos électroniques. Pour transformer une part du gallium en germanium 71. Mais entre 20 et 24 % moins de ce germanium que prévu par les modèles. Comme ces chiffres se rapprochent de ceux mesurés par le passé et que toutes les précautions ont été prises pour éviter les erreurs expérimentales -- dans les opérations du système de comptage, par exemple -- l'explication doit être trouvée ailleurs. Et peut-être dans le neutrino stérile.

Le neutrino stérile ou autre chose

Ce qu'il faut savoir, pour mieux comprendre, c'est que les neutrinos peuvent, en quelque sorte, changer de « saveur » en cours de route, selon le phénomène de mécanique quantique que les physiciens qualifient d'oscillation. Ainsi le déficit mesuré pourrait constituer une preuve que des oscillations se produisent entre des neutrinos électroniques et des neutrinos stériles« Nos résultats sont très excitants », commente Steve Elliott, analyste, dans un communiqué du Los Alamos National Laboratory.

« Cela confirme l'anomalie que nous avons vue dans les expériences précédentes. Mais ce que cela signifie n'est pas évident », poursuit le chercheur. Car il pourrait y avoir d'autres explications à ce déficit de production de germanium 71. Parmi les plus probables, une erreur dans l'estimation de la section efficace du neutrino électronique. En d'autres mots, la théorie aurait pu surestimer la probabilité pour qu'une interaction entre le neutrino électronique et le gallium ait lieu. « Si nos résultats devaient mener à la conclusion que le modèle standard et la physique des particules sont mal compris, cela serait tout aussi intéressant », souligne Steve Elliott.

Pour en avoir le cœur net et espérer comprendre enfin d'où vient vraiment cet écart entre les observations et la théorie, les physiciens envisagent déjà de nouvelles expériences. Sur des bases légèrement différentes. À une énergie plus élevée, par exemple.

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