Ce n’est pas pour rien que les scientifiques les surnomment « particules fantômes » : les neutrinos sont très difficiles à détecter, puisqu’elles n’agissent quasiment pas avec la matière, elles traversent notre corps sans cesse, par milliards. L’existence de ces particules élémentaires, et leur comportement étrange, reste un mystère pour le Modèle standard de la physique.
En fait, les neutrinos sont si inaccessibles qu’on ne connaît pas leur masse avec exactitude, on sait juste qu’elle est faible. Cette « simple » mesure est déterminante pour comprendre le rôle et les lois qui régissent cette particule (et… l’Univers). Sauf que, justement, la dernière mesure en date, diffusée le 10 avril 2025 dans Science, rend les neutrinos encore plus étranges.
Direction le Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment, ou KATRIN, une chambre à vide de 23 mètres de long qui ressemble à un gigantesque dirigeable. Objectif de cette machine, installée à Karlsruhe en Allemagne : observer la désintégration du tritium. Lors de ce processus, en effet, cet isotope de l’hydrogène émet à la fois des électrons et… des antineutrinos, l’anti-particule du neutrino. Mesurer l’antineutrino revient à mesurer, en miroir, le neutrino.
Le neutrino est encore plus léger que léger
Le problème de l’anti-neutrino est exactement le même que pour le neutrino : cette particule élémentaire s’en fiche totalement de la matière et passe à travers comme si de rien n’était. Impossible donc de la mesurer directement. Heureusement, il est possible de mesurer la quantité d’électrons émis par la désintégration pour soustraire ce chiffre de la masse initiale du tritium : à la fin, on obtient une estimation de la masse restante, celle de l’antineutrino.
Procédant ainsi, et combinant les données d’observation sur 259 jours, les physiciens ont pu obtenir une nouvelle mesure, la plus précise à ce jour. Un neutrino pèserait donc 0,45 électronvolt (eV) — oui, en physique des particules, la masse peut s’exprimer en unités d’énergie. Difficile d’appréhender pleinement ce que représente ce chiffre, mais, pour comparaison, un électron pèse 511 000 eV. Un neutrino pèse moins d’un millionième de la masse d’un électron. Pour le dire encore plus clairement : c’est absolument minuscule.
De fait, les neutrinos ont tout l’air extrêmement léger, plus encore que les physiciens ne l’imaginaient. Cette estimation, dont le niveau de confiance s’élève tout de même à 90 %, est deux fois moins importante que la précédente établie en 2021 (0,8 eV).
« Ces résultats renforcent la compréhension fondamentale des neutrinos et apportent une contribution cruciale aux questions centrales de la physique moderne », écrit le Commissariat à l’énergie atomique dans son communiqué relatant la découverte. Avec des équipements plus puissants et plus précis, avec des stocks de données plus importants, la quête pour saisir l’insaisissable neutrino va se poursuivre.
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