MicroBooNE est un détecteur de 170 tonnes, qui fonctionne depuis 2015. L’expérience est menée par une coalition de 200 chercheurs provenant de 5 pays. Image: Fermilab.
C’est une déception : MicroBooNE, une expérience de physique des particules menée au Fermilab, aux États-Unis, a échoué à mettre en évidence les neutrinos stériles, dont on cherche une trace depuis des années.
Les neutrinos sont des particules omniprésentes dans l’Univers, mais insaisissables. Très légères, elles interagissent très peu avec la matière et nous traversent constamment sans être interceptées. On connaît à ce jour trois types de neutrinos : les neutrinos électroniques, muoniques et tauiques, selon la particule à laquelle ils sont associés lorsqu’ils interagissent avec la matière. Véritables caméléons, ils peuvent changer spontanément d’identité, passant d’un type à l’autre en cours de route. « Ces “oscillations” ne surviennent que sur de grandes distances [NDLR : plusieurs dizaines de kilomètres], expliquait Roxanne Guénette, professeure à l’Université Harvard, lors d’une précédente entrevue en 2018. Or, des expériences conduites dans les années 1990 ont mis au jour des anomalies sur de courtes distances qui pourraient être expliquées par une quatrième sorte de neutrinos. »
On les appelle « neutrinos stériles », car ils n’interagiraient pas du tout avec la matière et ne seraient sensibles qu’à la gravitation. Selon certaines théories, ces neutrinos hypothétiques pourraient entre autres expliquer la matière noire.
Les anomalies observées par le prédécesseur de MicroBooNE, notamment, un détecteur appelé MiniBooNE, correspondent en fait à un « excès » de neutrinos de type électronique mesuré au sein d’un faisceau de neutrinos muoniques qui vient d’être généré artificiellement. Sur de courtes distances (500 m), cette anomalie ne peut pas être expliquée par l’oscillation normale. Ce qui a laissé penser que certains neutrinos pouvaient se « métamorphoser » sur ces courtes distances en une quatrième forme, ou saveur, indétectable, avant de se retransformer. De quoi venir fausser les mesures.
En 2018, MiniBooNE semblait confirmer l’anomalie. Mais ce n’est pas le cas cette fois, avec le détecteur MicroBooNE, plus sensible, en fonction depuis 2015. Les nouvelles analyses publiées par l’équipe du Fermilab sont donc plutôt décevantes. « Aucun excès n’a été détecté ; cela rend l’hypothèse des neutrinos stériles un peu plus complexe encore », commente Roxanne Guénette.
Ce n’est pas la fin de l’histoire pour autant : ces résultats ont le mérite d’aider les chercheurs à éliminer certaines hypothèses, et à avancer d’autres explications pour les résultats observés précédemment.