Des scientifiques de l'expérience MicroBooNE au Fermilab ont déterminé que le neutrino stérile, longtemps hypothétisé, n'existe pas, sur la base de mesures de haute précision du comportement des neutrinos. Les résultats, publiés dans Nature, montrent que les neutrinos se comportent comme attendu sans preuve d'un quatrième type, fermant une théorie vieille de décennies. Ce résultat ouvre la voie à de nouvelles investigations et à des expériences avancées comme DUNE.
Pendant des décennies, les physiciens ont cherché des explications aux comportements énigmatiques des neutrinos qui défiaient le Modèle standard de la physique des particules. Des anomalies observées dans des expériences telles que le détecteur de neutrinos à scintillateur liquide (LSND) dans les années 1990 et MiniBooNE au Fermilab suggéraient la possible existence d'un neutrino stérile — un quatrième type hypothétique qui interagit différemment des neutrinos électronique, muonique et tau connus. «L'explication la plus populaire pour ces anomalies au cours des 30 dernières années a été un neutrino stérile hypothétique», a déclaré Justin Evans, professeur à l'Université de Manchester et coporte-parole de MicroBooNE. Pour tester cette idée, l'expérience MicroBooNE a fonctionné de 2015 à 2021 au Fermilab, utilisant une chambre de projection temporelle à argon liquide pour capturer les interactions des neutrinos en détail. Les chercheurs ont produit des neutrinos muoniques et recherché des apparitions inattendues de neutrinos électroniques, ce qui indiquerait une implication de neutrinos stériles. Au lieu de cela, les données correspondaient aux prédictions du modèle à trois saveurs, sans excès de neutrinos électroniques observé. «Les neutrinos sont des particules fondamentales insaisissables, difficiles à détecter expérimentalement, mais parmi les plus abondantes dans l'univers», a expliqué David Caratelli, professeur adjoint de physique à l'UC Santa Barbara et coordinateur physique pour l'analyse. Les résultats, s'appuyant sur un article de 2025 dans Physical Review Letters, écartent effectivement l'hypothèse du neutrino stérile. Ce développement marque un tournant dans la recherche sur les neutrinos. Bien que les anomalies initiales restent inexpliquées, les scientifiques envisagent désormais des alternatives, telles que des photons mal identifiés ou une nouvelle physique. Les techniques de MicroBooNE ont renforcé les préparatifs pour l'expérience Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) dans le Dakota du Sud, qui explorera des questions plus profondes comme l'asymétrie matière-antimatière. «L'une des choses clés que MicroBooNE a faite est de nous donner confiance à tous et de nous apprendre à utiliser cette technologie pour mesurer les neutrinos avec une haute précision», a noté Caratelli. Le travail a été soutenu par le Département de l'Énergie des États-Unis et la National Science Foundation.