Dans une collaboration marquante, des chercheurs de l'expérience T2K au Japon et NOvA aux États-Unis ont fusionné leurs données pour la étude la plus précise à ce jour sur les oscillations de neutrinos. Cette analyse conjointe, publiée dans Nature, fait progresser la compréhension de la raison pour laquelle la matière a prévalu sur l'antimatière dans l'univers primordial. Cet effort met en lumière la puissance du travail d'équipe international dans l'exploration des mystères cosmiques.
Les physiciens se sont longtemps interrogés sur l'asymétrie de l'univers : le cosmos primordial aurait dû avoir des quantités égales de matière et d'antimatière, qui se seraient annihilées mutuellement, ne laissant rien derrière elles. Pourtant, la matière a perduré, formant des étoiles, des planètes et la vie. Les neutrinos, particules insaisissables qui interagissent rarement avec la matière, pourraient détenir la clé par le biais de leur oscillation — changeant de saveurs au cours de leur voyage — et une violation potentielle de la symétrie charge-parité (CP).
Pour la première fois, les collaborations T2K et NOvA ont combiné huit ans de données NOvA avec une décennie de résultats T2K, commençant leur analyse conjointe en 2019. T2K, impliquant plus de 560 membres de 75 institutions dans 15 nations, envoie des faisceaux de neutrinos du Japon sur 295 kilomètres jusqu'aux détecteurs. NOvA, avec plus de 250 scientifiques de 49 institutions dans huit pays, émet des particules de Fermilab aux États-Unis vers un détecteur dans le Minnesota, à 810 kilomètres de distance. Ces configurations à ligne de base longue se complètent mutuellement, offrant une précision sans précédent dans la mesure des oscillations.
« C'était une grande victoire pour notre domaine », a déclaré Kendall Mahn, professeure à la Michigan State University et coporte-parole de T2K. « Cela montre que nous pouvons effectuer ces tests, examiner les neutrinos plus en détail et réussir à travailler ensemble. »
L'étude se concentre sur l'ordre de masse des neutrinos : s'il suit une hiérarchie normale (deux légers, un lourd) ou inversée (deux lourds, un léger). Une violation CP pourrait expliquer la dominance de la matière, mais les résultats restent inconclusifs, ne favorisant aucune ordenação de manière décisive. « Les neutrinos ne sont pas bien compris », a noté Joseph Walsh, associé postdoctoral à la MSU. « Leurs masses très petites signifient qu'ils n'interagissent pas souvent. Des centaines de trillions de neutrinos du soleil traversent votre corps chaque seconde, mais ils passeront presque tous droit à travers. »
« En effectuant une analyse conjointe, on peut obtenir une mesure plus précise que ce que chaque expérience peut produire seule », a ajouté la collaboratrice NOvA Liudmila Kolupaeva.
Bien qu'elle ne résolve pas le mystère, les résultats, détaillés dans Nature (DOI : 10.1038/s41586-025-09599-3), renforcent les futures investigations sur le rôle des neutrinos dans l'évolution de l'univers. Comme l'a déclaré le collaborateur T2K Tomáš Nosek, « Ces résultats sont le fruit d'une coopération et d'une compréhension mutuelle de deux collaborations uniques. »