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Takaaki Kajita et Arthur B. McDonald viennent d'être récompensés par le prix Nobel de physique 2015. © Comité Nobel
Il est insensible à la force électromagnétique (celle des magnets) comme à l'interaction forte (celle des quarks) et la gravité ne l'affecte pratiquement pas. Seule l'interaction faible l'intéresse. Or elle est très... faible, comme son nom l'indique. Résultat, le neutrino n'interagit que très peu avec le reste du monde. Et ce n'est pas peu dire puisqu'un troupeau de ces particules traverse une planète entière avec peu de risque que l'une d'entre elles percute un noyau d'atome.
- À lire : Le neutrino, élusive particule (dossier)
Imaginé en 1930 par Wolfgang PauliWolfgang Pauli (pour une affaire de désintégration bêtabêta où intervient justement l'interaction faible), le neutrino (« petit neutronneutron ») n'a été débusqué qu'en 1956. Frederick Reines reçut pour cela le prix Nobel de physiquephysique... en 1995. Il faut déployer de gros efforts pour chasser ces particules fantomatiques. Un télescopetélescope à neutrinosneutrinos prend la forme d'une énorme piscine garnie de photodétecteurs et emplie d'une eau très pure. De temps à autre, un flashflash minuscule apparaît (un flash Tcherenkov) : avec un peu de chance c'est le résultat d'une collision d'un neutrino avec un neutron. Ainsi put-on mettre en évidence les neutrinos cosmiques (ce qui valut le prix Nobel de physique 2002 à Masatoshi Koshiba) ainsi que ceux venus du SoleilSoleil. Les réactions thermonucléaires qui le font briller en produisent en effet beaucoup.
C'est en les comptant patiemment que les physiciensphysiciens ont découvert une énigme : il en manquait plus de la moitié. Au Japon, en 1998, l'expérience Super-KamiokandeSuper-Kamiokande, du nom de l'instrument situé à côté du village de Kamioka, a validé l'hypothèse : les neutrinos, durant leur voyage, changent de famille. Car ils en ont trois...
L'oscillation des neutrinos. Une particule d'une des trois saveurs, électronique (en rouge), muonique (en vert) et tauique (en bleu), peut se convertir périodiquement dans l'une des deux autres. Ce phénomène est décrit par des équations qui dépendent d'une physique au-delà du modèle standard. Son étude directe pourrait donc apporter des informations précieuses pour explorer de nouveaux territoires de la physique et de la cosmologie. © T2K Collaboration, 2013
Les neutrinos ont donc une masse
De même que les électronsélectrons ont deux cousins, le muonmuon et le tau, qui diffèrent par leur massemasse et leur « saveur » (une propriété quantique), les neutrinos doivent avoir eux aussi trois saveurs possibles. Ils peuvent être électroniques (de même saveur que l'électron), muoniques ou tauiques. Et les détecteurs n'attrapaient que les premiers... Ce passage d'une famille à l'autre s'appelle une oscillation et le phénomène n'est pas anodin : il démontre que les neutrinos ont une masse, ce dont on n'était pas sûr.
Voilà cette avancée radicale récompensée par le prix Nobel 2015 pour Takaaki Kajita, qui travaillait sur l'expérience Super-Kamiokande, et pour Arthur B. McDonald, qui parvint à cette même conclusion que les neutrinos solaires n'étaient pas tous détectés à l'Observatoire de neutrinos de Sudbury, en Ontario (Canada), car ils devaient changer de saveur en route.
Les neutrinos nous réservent sans doute d'autres surprises
Les neutrinos n'ont pas fini de nous étonner et d'autres prix Nobel sont peut-être à venir... En 2011, certains ont bien cru qu'ils allaient peut-être plus vite que la lumièrelumière, ce qui se révéla faux.
- Des neutrinos franchiraient le mur de la lumière…
- Dernières nouvelles des neutrinos « transluminiques »
En 2012, un message a été porté par un faisceau de neutrinos à travers 240 m de roche.
En 2014, Super-Kamiokande, encore lui, a mis en évidence un rythme circadienrythme circadien dans le flux de neutrinos solaires, ce qui serait la preuve de « l'effet MSW » par lequel la Terre, ou plutôt la matièrematière qu'elle contient, influerait sur l'oscillation.
En 2015, les « géoneutrinos », produits par la Terre elle-même, paraissent un moyen de plus pour étudier l'intérieur de notre planète.
Le neutrino, un poids plume à suivre !
