Les neutrinos sont des particules subatomiques insaisissables créées dans une grande variété de processus nucléaires. Leur nom, qui signifie «petit neutre», fait référence au fait qu'ils ne portent aucune charge électrique. Des quatre forces fondamentales de l 'univers, les neutrinos n'interagissent qu'avec la gravité double et la force faible, responsable de la désintégration radioactive des atomes. N'ayant presque aucune masse, ils se faufilent dans le cosmos à presque la vitesse de la lumière.
D'innombrables neutrinos ont vu le jour quelques fractions de seconde après le Big Bang. Et de nouveaux neutrinos sont créés tout le temps: dans le cœur nucléaire des étoiles, dans les accélérateurs de particules et les réacteurs atomiques sur Terre, lors de l'effondrement explosif des supernovas et lorsque les éléments radioactifs se désintègrent. Cela signifie qu'il y a, en moyenne, 1 milliard de fois plus de neutrinos que de protons dans l'univers, selon le physicien Karsten Heeger de l'Université de Yale à New Haven, Connecticut.
Malgré leur omniprésence, les neutrinos restent en grande partie un mystère pour les physiciens car les particules sont si difficiles à attraper. Les neutrinos traversent la plupart des matières comme s'il s'agissait de rayons lumineux traversant une fenêtre transparente, interagissant à peine avec tout le reste. Environ 100 milliards de neutrinos traversent chaque centimètre carré de votre corps en ce moment, bien que vous ne ressentiez rien.
Découvrir des particules invisibles
Les neutrinos ont d'abord été posés comme la réponse à une énigme scientifique. À la fin du 19e siècle, les chercheurs s'interrogeaient sur un phénomène connu sous le nom de désintégration bêta, dans lequel le noyau à l'intérieur d'un atome émet spontanément un électron. La désintégration bêta semblait violer deux lois physiques fondamentales: la conservation de l'énergie et la conservation de l'élan. Dans la désintégration bêta, la configuration finale des particules semblait avoir un peu trop peu d'énergie, et le proton était immobile plutôt que d'être projeté dans la direction opposée de l'électron. Ce n'est qu'en 1930 que le physicien Wolfgang Pauli a proposé l'idée qu'une particule supplémentaire puisse sortir du noyau, emportant avec elle l'énergie et l'élan manquants.
"J'ai fait une chose terrible. J'ai postulé une particule qui ne peut pas être détectée", a déclaré Pauli à un ami, se référant au fait que son hypothétique neutrino était si fantomatique qu'il interagirait à peine avec n'importe quoi et aurait peu ou pas de masse .
Plus d'un quart de siècle plus tard, les physiciens Clyde Cowan et Frederick Reines ont construit un détecteur de neutrinos et l'ont placé à l'extérieur du réacteur nucléaire de la centrale atomique de Savannah River en Caroline du Sud. Leur expérience a réussi à attraper quelques-uns des centaines de billions de neutrinos qui volaient du réacteur, et Cowan et Reines ont fièrement envoyé à Pauli un télégramme pour l'informer de leur confirmation. Reines allait remporter le prix Nobel de physique en 1995 - date à laquelle Cowan était mort.
Mais depuis lors, les neutrinos ont continuellement défié les attentes des scientifiques.
Le soleil produit un nombre colossal de neutrinos qui bombardent la Terre. Au milieu du 20e siècle, les chercheurs ont construit des détecteurs pour rechercher ces neutrinos, mais leurs expériences ont continué à montrer une différence, ne détectant qu'environ un tiers des neutrinos qui avaient été prédits. Soit quelque chose n'allait pas avec les modèles astronomiques du soleil, soit quelque chose d'étrange se passait.
Les physiciens ont finalement réalisé que les neutrinos se présentent probablement en trois saveurs ou types différents. Le neutrino ordinaire est appelé neutrino électronique, mais il existe également deux autres saveurs: un neutrino muon et un neutrino tau. Alors qu'ils traversent la distance entre le soleil et notre planète, les neutrinos oscillent entre ces trois types, c'est pourquoi ces premières expériences - qui n'avaient été conçues que pour rechercher une saveur - manquaient toujours aux deux tiers de leur nombre total.
Mais seules les particules qui ont une masse peuvent subir cette oscillation, contredisant les idées antérieures selon lesquelles les neutrinos étaient sans masse. Alors que les scientifiques ne connaissent toujours pas les masses exactes des trois neutrinos, les expériences ont déterminé que le plus lourd d'entre eux doit être au moins 0,0000059 fois plus petit que la masse de l'électron.
De nouvelles règles pour les neutrinos?
En 2011, des chercheurs du projet Oscillation avec l'expérience OPERA (Emulsion-tRacking Apparatus) en Italie ont fait sensation dans le monde entier en annonçant qu'ils avaient détecté des neutrinos se déplaçant plus rapidement que la vitesse de la lumière - une entreprise supposée impossible. Bien que largement diffusés dans les médias, les résultats ont été accueillis avec beaucoup de scepticisme par la communauté scientifique. Moins d'un an plus tard, les physiciens ont réalisé que le câblage défectueux avait imité une découverte plus rapide que la lumière, et les neutrinos sont revenus dans le domaine des particules cosmiquement respectueuses des lois.
Mais les scientifiques ont encore beaucoup à apprendre sur les neutrinos. Récemment, des chercheurs de la Mini Booster Neutrino Experiment (MiniBooNE) du Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) près de Chicago ont fourni des preuves convaincantes qu'ils ont détecté un nouveau type de neutrino, appelé neutrino stérile. Une telle constatation corrobore une anomalie antérieure observée au Détecteur de neutrinos à scintillateur liquide (LSND), une expérience au Los Alamos National Laboratory au Nouveau-Mexique. Les neutrinos stériles bouleverseraient toute la physique connue car ils ne correspondent pas à ce que l'on appelle le modèle standard, un cadre qui explique presque toutes les particules et forces connues, sauf la gravité.
Si les nouveaux résultats de MiniBooNE se maintiennent, "ce serait énorme; c'est au-delà du modèle standard; cela nécessiterait de nouvelles particules ... et un tout nouveau cadre analytique", a déclaré la physicienne des particules Kate Scholberg de l'Université Duke à Live Science.
