-

Le neutrino

Le neutrino est une particule élémentaire, membre de la famille des leptons. Son nom, inventé par Enrico Fermi, signifie "petit neutre" en italien, une appellation qui souligne l'une de ses caractéristiques les plus fondamentales : il est électriquement neutre, c'est-à-dire qu'il ne porte aucune charge électrique. Cette neutralité a une conséquence majeure : contrairement aux électrons ou aux protons, les neutrinos ne sont pas affectés par la force électromagnétique, celle qui régit les interactions entre particules chargées et qui est responsable de la plupart des phénomènes que nous observons dans la vie quotidienne, de la lumière à la chimie.

Initialement postulé en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer l'absence apparente de conservation de l'énergie et du moment cinétique dans la désintégration bêta (où un neutron se transforme en proton, électron et antineutrino), le neutrino est resté une particule hypothétique pendant plus de deux décennies. Sa détection expérimentale directe a été une prouesse technique majeure, réalisée pour la première fois par Clyde Cowan et Frederick Reines en 1956 près d'un réacteur nucléaire, une source intense de neutrinos.

En plus de sa neutralité, le neutrino est un fermion, possédant un spin de 1/2. Il est longtemps resté insaisissable en raison de son mode d'interaction très faible avec la matière. En effet, le neutrino interagit presque exclusivement par le biais de la force nucléaire faible (responsable de la radioactivité bêta, par exemple) et de la gravitation. La force faible, comme son nom l'indique, a une portée extrêmement courte et une probabilité d'interaction très faible. Cela signifie qu'un neutrino peut traverser d'immenses quantités de matière sans jamais interagir avec un atome. Des milliards de neutrinos solaires, par exemple, traversent notre corps chaque seconde sans que nous ne le sentions ou ne soyons affectés le moins du monde.

Il existe trois types, ou saveurs, de neutrinos, chacun associé à l'un des leptons chargés : le neutrino électronique (νe), le neutrino muonique (νμ), et le neutrino tauique (ντ). Pendant longtemps, on a cru que les neutrinos étaient de masse nulle, comme le photon. Cependant, la découverte des oscillations de neutrinos ( = la capacité pour un neutrino d'une saveur donnée de se transformer en une autre saveur au cours de son trajet) a démontré de manière irréfutable que les neutrinos possèdent une masse, bien que celle-ci soit extraordinairement petite, des millions de fois inférieure à celle de l'électron, et même des plus légers des autres fermions (les quarks u et d). La mesure précise de cette masse est l'un des défis majeurs de la physique des particules actuelle.

Les neutrinos sont produits en abondance dans une variété de processus astrophysiques et terrestres. Le Soleil est une source majeure de neutrinos électroniques, issus des réactions de fusion nucléaire en son coeur. Les supernovae (explosions d'étoiles massives) émettent un flot colossal de neutrinos de toutes saveurs, un événement qui fournit des informations précieuses sur les processus internes de ces explosions cosmiques. Les réacteurs nucléaires, les accélérateurs de particules, les désintégrations radioactives naturelles dans la croûte terrestre, et l'interaction des rayons cosmiques avec l'atmosphère terrestre sont autant d'autres sources de neutrinos. Il existe même un fond cosmologique de neutrinos, relique des tout premiers instants de l'expansion de l'univers, similaire au fond diffus cosmologique pour la lumière, mais beaucoup plus difficile à détecter.

L'étude des neutrinos est un domaine de recherche très actif. Leur faiblesse d'interaction, bien que rendant leur détection difficile - elle nécessite d'énormes détecteurs remplis de matériaux comme de l'eau, de la glace ou du scintillant, souvent situés sous terre ou sous l'eau pour se protéger du bruit de fond d'autres particules -, en fait également des sondes préciseuses de phénomènes inaccessibles autrement. Ils peuvent s'échapper de régions denses comme le centre du Soleil ou le coeur d'une supernova, portant des informations directes sur ces environnements extrêmes.

Les mots de la matière