Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
Science

Expérience STEREO : jeu de cache-cache avec le 4ème neutrino

L’expérience STEREO vient d’annoncer ses premiers résultats, excluant les scénarios jusque-là les plus probables de l’existence d’un hypothétique 4ème neutrino léger.

Alors qu’ils sont parmi les particules les plus abondantes de l’univers, les neutrinos sont des particules élémentaires particulièrement difficiles à détecter. Produits au cœur des étoiles, ou par des accélérateurs de particules, des réacteurs nucléaires ou certains phénomènes à très hautes énergies, les neutrinos ne possèdent aucune charge électrique et n’interagissent avec la matière que très rarement. Nous en connaissons aujourd’hui 3 types : les neutrinos électroniques, muoniques et tauiques. L’étonnante découverte, dans les années 2000, du changement de type de neutrino lors de leur parcours, appelé « oscillation de neutrinos », a été récompensée par le prix Nobel en 2015.

Existe-il plus de 3 neutrinos ? Cette question reçut un nouvel élan en 2011, lorsque des chercheurs remarquèrent que des résultats expérimentaux inexpliqués pouvaient être enfin compris si les neutrinos se transformaient en partie en un 4ème type de neutrino encore jamais observé1. Ce neutrino, dit “stérile” pour qualifier son caractère indétectable, aurait une masse autour d’1 eV, bien plus importante que celle des trois autres neutrinos déjà connus. Plusieurs expériences, dont STEREO, ont été conçues pour confirmer ou infirmer l’hypothèse de l’existence du 4ème neutrino et sont en fonctionnement actuellement.

Sont montrées les valeurs possibles des paramètres concernant un éventuel 4ème neutrino et les valeurs maintenant exclues par les résultats de l’expérience STEREO. L’axe vertical correspond à la masse et à la fréquence d’oscillation vers un tel neutrino et l’axe horizontal à l’amplitude de l’oscillation. Les courbes en noir délimitent les scénarios auparavant les plus probables, avec une étoile marquant le cas le plus vraisemblable. La région en vert est rejetée par les mesures de l’expérience, avec un degré de certitude de 90%. La région en bleue représente la sensibilité attendue de l’expérience STEREO correspondant à 66 jours de données.

En prise de données depuis novembre 2016, STEREO est une expérience franco-allemande observant les neutrinos issus du réacteur nucléaire de l’Institut Laue-Langevin à Grenoble. L’expérience a été créée et est opérée par des chercheurs et techniciens de l’Irfu-CEA Saclay, l’Institut Laue-Langevin, le Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules, le Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie de Grenoble et le Max-Planck-Institut für Kernphysik à Heidelberg (Allemagne).

Le Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules (LAPP, Université Savoie Mont Blanc/CNRS-IN2P3) s’est chargé d’une partie de la protection du détecteur vis à vis des bruits de fond (blindages en plomb), du cadre mécanique soutenant les blindages et facilitant le déplacement de l’expérience et du système d’étalonnage du détecteur. Les physiciens du LAPP sont également impliqués dans l’exploitation et l’analyse des données.

Les scientifiques de STEREO continuent à amasser des données (4 fois plus de données attendues d’ici la fin 2019), ce qui leur permettra d’améliorer la précision de leurs résultats. Leur mesure du spectre des neutrinos émis par le réacteur, hautement enrichi en 235U, est aussi un élément important pour l’ensemble des expériences neutrinos auprès des réacteurs, et est attendu avec impatience par la communauté.

1 Phys. Rev. D83 (2011) 073006

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