Fin de partie pour le neutrino stérile : une décennie de traque pour une particule qui n’existe pas

Une théorie qui s’effondre (pour le meilleur)

C’est une histoire de fantômes, ou presque. Pendant une bonne décennie, le monde de la physique a retenu son souffle, espérant confirmer l’existence d’une particule insaisissable : le neutrino stérile. L’idée était séduisante, voire nécessaire pour combler certains vides. Ce neutrino particulier était censé être une sorte d’exception cosmique, n’interagissant qu’avec la gravité et refusant tout contact avec la matière. Zéro interaction, rien.

Mais voilà, comme l’a rapporté Elizabeth Rayne le 6 janvier 2026, la chasse est terminée, et le résultat est sans appel : il n’existe pas. Après une série d’expériences rigoureuses, l’hypothèse a été écartée. Cela peut sembler être un échec, mais en réalité, c’est un soulagement. En éliminant ce suspect, on retire au moins une complication majeure dans notre tentative d’expliquer les phénomènes qui dépassent le Modèle Standard de la physique des particules. Parfois, savoir ce qui n’est pas là est tout aussi crucial que de découvrir ce qui l’est.

Le contexte : Fermilab et les bizarreries quantiques

Pour comprendre pourquoi on cherchait cette chose, il faut remonter un peu en arrière. La physique, du moins en théorie, s’étend bien au-delà des frontières du Modèle Standard. Ce modèle, qui a évolué par phases du début au milieu des années 1970, utilise les particules et forces fondamentales pour expliquer pourquoi les expériences donnent certains résultats. Il a prédit des phénomènes bien réels, c’est vrai, mais certaines choses lui échappent encore. Une particule hypothétique qui n’interagirait jamais avec la matière en faisait partie.

C’est là qu’intervient l’équipe de chercheurs travaillant sur le Micro Booster Neutrino Experiment (MicroBooNE). Basés au Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) du Département de l’Énergie américain, à Batavia dans l’Illinois, ils pensaient avoir mis le doigt sur quelque chose. Depuis dix ans, ils observaient des comportements inhabituels chez les neutrinos. Ces particules subatomiques sont fascinantes : invisibles au microscope, elles sont si minuscules qu’elles peuvent traverser des planètes entières sans être gênées. On pense même que certaines transportent des informations datant de la naissance de l’univers, si elles viennent de suffisamment loin.

Leur détection est un cauchemar logistique. On ne peut les repérer que grâce à un réacteur nucléaire capable de mesurer l’étincelle de lumière libérée lors de leurs rares interactions avec d’autres particules. Or, au cours des trois dernières décennies, plusieurs expériences ont fait des observations étranges. Comme l’expliquent les chercheurs dans une étude récemment publiée dans Nature, ces observations suggéraient un changement de saveur des neutrinos avec une longueur d’onde « beaucoup plus courte que ce qui est possible » dans le modèle actuel à trois neutrinos.

L’enquête : Saveurs, oscillations et résultats décevants

Les neutrinos, voyez-vous, se déclinent en trois « saveurs » : électron, tau et muon. Ces saveurs sont déterminées par leurs spins, ou oscillations, et ils peuvent même se métamorphoser d’un type à l’autre si leur oscillation change. C’est déjà assez complexe comme ça. Mais l’équipe de MicroBooNE cherchait ce fameux quatrième larron : le neutrino stérile. L’idée est née quand le comportement des neutrinos a commencé à dévier du Modèle Standard.

Si les neutrinos classiques interagissent à peine avec la matière, les stériles, eux, étaient supposés ne pas interagir du tout, sauf avec la gravité. Ce comportement les rendait théoriquement encore plus difficiles à détecter, ce qui a poussé les scientifiques à redoubler d’efforts, insistant pour chercher encore et encore. En se concentrant sur les neutrinos produits par deux faisceaux d’accélérateur au MicroBooNE, les chercheurs ont mesuré les changements dans les particules durant leur voyage. Ils tentaient de comprendre ce qui se cachait derrière ces transitions bizarres transformant les neutrinos muoniques en neutrinos électroniques.

Leurs oscillations ne collaient pas. Elles étaient incohérentes avec la façon dont les trois saveurs connues oscillent, impliquant potentiellement la présence d’une autre particule. Ils ont aussi essayé de perturber la « dégénérescence » (le passage d’un état quantique à un autre utilisant la même énergie) des neutrinos électroniques qui apparaissaient puis disparaissaient. Si le neutrino stérile existait, il aurait dû interférer. Mais le verdict est tombé : « Nous ne trouvons aucune preuve de transitions de saveur [muon vers électron] ou de disparition [de neutrino électronique] qui indiquerait des oscillations non standard », ont déclaré les chercheurs. Leurs résultats montrent que les anomalies passées ne peuvent pas s’expliquer par l’introduction d’un simple état de neutrino stérile.

Conclusion : Une simplification bienvenue

Finalement, l’absence de neutrinos stériles est plus un gain qu’une perte pour la physique des particules. Cela simplifie des phénomènes qui auraient été encore plus compliqués par l’ajout d’une particule à peine détectable et mal comprise. Avant cette expérience décisive, l’existence de ces neutrinos stériles était l’explication souvent acceptée pour justifier le comportement étrange des neutrinos.

S’ils avaient existé, on pensait qu’ils auraient aussi permis d’éclaircir les incertitudes sur le nombre de neutrinos réguliers dans un faisceau, la réponse du détecteur, ou la manière dont ils interagissent avec les noyaux atomiques. Mais non. L’équipe de MicroBooNE va continuer à explorer les vastes horizons qui s’étendent au-delà du Modèle Standard, c’est certain. Mais leur quête est désormais un peu plus légère : il y a une particule de moins à trouver.

Selon la source : popularmechanics.com

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