Une anomalie sur les neutrinos résolue, une autre survient...

Une anomalie sur les neutrinos vient d'être résolue tandis qu'une autre a pris naissance. Une expérience du Fermilab appelée MiniBooNE a permis de réaffirmer de façon certaine que seules trois espèces de neutrinos existent. Les résultats des scientifiques semblent éliminer le cas d'un hypothétique quatrième type de neutrinos.


Plusieurs expériences avaient montré précédemment que les neutrinos, ces particules très légères, voire dépourvue de masse, et qui n'interagissent que sous l'action de la gravitation ou de la force nucléaire faible, ont un comportement schizophrénique, passant continuellement d'une espèce à une autre. Ces oscillations devaient vraisemblablement se produire entre les trois types identifiés par le modèle standard de la physique des particules: les neutrinos électroniques, les neutrinos muoniques, et les neutrinos tauiques.

Cependant, une expérience, nommée Liquid Scintillator Neutrino Detector (LSND) au laboratoire de Los Alamos, semblait avoir détecté un niveau d'oscillation impliquant l'existence d'un quatrième type de neutrino, un neutrino "stérile", ainsi appelé parce qu'il n'interagirait que par l'intermédiaire de la gravitation, la plus faible des forces physiques. Ce résultat est immédiatement apparu exceptionnel, d'autant plus qu'il suggérait une masse pour les neutrinos très différente de celles déduites de l'étude des neutrinos solaires ou atmosphériques ou générés dans les accélérateurs de particules. L'expérience MiniBooNE (Booster neutrino Experiment) a été par la suite conçue pour tenter de résoudre cette énigme.

L'expérience MiniBooNE

L'expérience consiste en ce qui suit: des protons de l'accélérateur du Fermilab sont envoyés sur une cible fixe, ce qui produit un essaim de mésons qui se désintègrent très rapidement en particules secondaires, dont de nombreux neutrinos muoniques. Le détecteur du MiniBooNE se situe 500 mètres plus loin. Sur cette distance, la plupart des neutrinos n'ont pas le temps d'osciller et de se transformer en neutrinos électroniques bien que cela soit possible.

Cherchant à reproduire les effets d'oscillations du LSND, les scientifiques ont tenté de se rapprocher d'un ratio distance / énergie identique. L'expérience de Los Alamos avait détecté des neutrinos de 30 MeV observés sur une distance de 30 m ; l'expérience du Fermilab des neutrinos de 500 MeV sur une distance de 500 m.

La complexité de ce genre d'expérience réside dans le fait d'être capable de distinguer les rares événements dans lesquels un neutrino électronique heurte un neutron à l'intérieur d'un énorme bain d'huile minérale, en produisant un électron caractéristique plus un proton lent, parmi les événements beaucoup plus fréquents dans lesquels un neutrino muonique heurte un proton en générant un muon et un proton. LSND a observé un petit (mais, semblait-il alors, statistiquement significatif) nombre d'événements de neutrinos électroniques. MiniBooNE n'en a constaté aucun. Les scientifiques n'ayant détecté aucune oscillation, la nécessité d'un quatrième type de neutrino ne s'imposait plus.


Mais en réalité, il n'est pas tout à fait exact de dire que les chercheurs n'ont détecté aucun événement de neutrinos électroniques. A énergie inférieure ces événements sont survenus, et ce minuscule sous-ensemble dans les données demeure un mystère, qui devra dorénavant être exploré en utilisant un faisceau d'anti-neutrinos. La porte-parole de l'expérience, Janet Conrad de l'université de Colombia, a indiqué que les données à énergie réduite étaient robustes et qu'il n'était pas impossible qu'il faille envisager un phénomène physique nouveau. Mais en tout état de cause, les données à énergie réduite ne remettent pas en question le fait que les premiers résultats du LSND ne pouvaient pas être expliqués par l'existence d'un quatrième type de neutrino.