Une équipe internationale de physiciens, incluant des chercheurs de Rutgers, a conclu que un quatrième type hypothétique de neutrino, connu sous le nom de neutrino stérile, n'existe probablement pas. À l'aide de l'expérience MicroBooNE au Fermilab, ils ont analysé des données de deux faisceaux de neutrinos sur dix ans et n'ont trouvé aucune preuve avec une certitude de 95 %. Les résultats, publiés dans Nature, remettent en question les explications antérieures du comportement inhabituel des neutrinos.
L'expérience MicroBooNE, menée au Fermi National Accelerator Laboratory du Département de l'Énergie des États-Unis à Batavia, Illinois, a utilisé un grand détecteur à argon liquide pour suivre les interactions des neutrinos. Les neutrinos, de minuscules particules qui traversent la matière avec une interaction minimale, existent en trois saveurs connues — électron, muon et tau — selon le Modèle standard de la physique des particules. Ceux-ci peuvent osciller, ou changer de type, pendant leur voyage.
Des observations antérieures d'anomalies des neutrinos ont conduit les scientifiques à proposer un neutrino stérile, qui n'interagirait que par la gravité et échapperait à la détection standard. Pour tester cela, l'équipe MicroBooNE a collecté des données de deux faisceaux : un de la source Booster et un autre du faisceau NuMI (Neutrinos from the Main Injector). Après une décennie de mesures, ils n'ont détecté aucun signe de production ou d'oscillation de neutrinos stériles, excluant efficacement cette hypothèse à un niveau de confiance de 95 %.
Andrew Mastbaum, professeur associé de physique à l'Université Rutgers et membre de la direction de MicroBooNE, a souligné les implications. « Ce résultat stimulera des idées innovantes dans toute la recherche sur les neutrinos pour comprendre ce qui se passe vraiment », a-t-il déclaré. « Nous pouvons écarter un grand suspect, mais cela ne résout pas complètement le mystère. »
Des étudiants diplômés de Rutgers ont contribué de manière significative : Panagiotis Englezos a géré le traitement des données et les simulations, tandis que Keng Lin a validé le flux de neutrinos du faisceau NuMI. Mastbaum a coordonné les outils d'analyse, traitant les incertitudes systématiques comme les interactions neutrino-noyau et les réponses du détecteur.
La découverte affine les recherches de physique au-delà du Modèle standard, qui ne rend pas compte de la matière noire, de l'énergie noire et de la gravité. Elle perfectionne également les techniques de détection à l'argon liquide pour des projets à venir comme le Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Comme l'a noté Mastbaum, « Grâce à une modélisation minutieuse et des approches d'analyse ingénieuses, l'équipe MicroBooNE a extrait une quantité incroyable d'informations de ce détecteur. » Ces méthodes exploreront des questions plus profondes sur la matière et les origines de l'univers.