Les physiciens de la collaboration MicroBooNE (Micro Booster Neutrino) ont exclu l’existence d’un seul neutrino stérile avec une certitude de 95 %.
Les neutrinos sont de minuscules particules subatomiques qui interagissent à peine avec la matière. Ils peuvent traverser les planètes sans s’arrêter.
Le modèle standard de la physique des particules indique qu’il existe trois types de neutrinos : les électrons, les muons et les tau.
Ces particules peuvent passer d’un type à un autre, un processus appelé oscillation.
Mais lors d’expériences antérieures, les chercheurs ont observé des neutrinos qui semblaient changer d’une manière qui ne correspondait pas au modèle standard.
Pour expliquer cela, les scientifiques ont proposé un quatrième type : le neutrino stérile. Contrairement aux autres, il serait encore plus difficile à détecter car il n’interagirait pas du tout avec la matière, sauf par gravité.
« L’existence de trois saveurs distinctes de neutrinos est un principe central du modèle standard de physique des particules », a déclaré le Dr Andrew Mastbaum, physicien à l’Université Rutgers et membre de l’équipe de direction de MicroBooNE, ainsi que ses collègues.
« L’interférence de la mécanique quantique peut permettre à un neutrino d’une saveur initiale d’être détecté quelque temps plus tard comme une saveur différente, un processus appelé oscillation des neutrinos. »
« Plusieurs observations anormales incompatibles avec cette image à trois saveurs ont motivé l’hypothèse selon laquelle il existe un état de neutrino supplémentaire, qui n’interagit pas directement avec la matière, appelé neutrino ‘stérile’. »
Dans leurs expériences, les physiciens de MicroBooNE ont observé les neutrinos provenant de deux faisceaux différents et mesuré leur oscillation.
Après dix ans de collecte et d’analyse de données, ils n’ont trouvé aucun signe de neutrinos stériles, fermant ainsi la porte à l’une des explications les plus populaires du comportement étrange des neutrinos.
« Ce résultat constitue un tournant », a déclaré le Dr Mastbaum.
« Ce résultat suscitera des idées innovantes dans la recherche sur les neutrinos pour comprendre ce qui se passe réellement. »
« Nous pouvons exclure un grand suspect, mais cela ne résout pas tout à fait un mystère. »
« Le modèle standard n’explique pas tout, y compris la matière noire, l’énergie noire ou la gravité, c’est pourquoi les scientifiques recherchent des indices qui vont au-delà du modèle », a-t-il ajouté.
« Éliminer une possibilité permet de concentrer la recherche sur d’autres idées qui pourraient conduire à des avancées dans la compréhension de l’Univers. »
Le nouveau résultat aidera également les expériences futures, notamment l’expérience Deep Underground Neutrino (DUNE).
« Grâce à une modélisation minutieuse et à des approches d’analyse intelligentes, l’équipe MicroBooNE a extrait une quantité incroyable d’informations de ce détecteur », a déclaré le Dr Mastbaum.
« Avec la prochaine génération d’expériences, comme DUNE, nous utilisons déjà ces techniques pour aborder des questions encore plus fondamentales sur la nature de la matière et l’existence de l’Univers. »
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans la revue Nature.
