KATRIN établit un nouveau record : la masse des neutrinos à 0,45 eV pour la première fois !

KATRIN établit un nouveau record : la masse des neutrinos à 0,45 eV pour la première fois !

Le 11 avril 2025, l'expérience « Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment » (KATRIN) de l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT) a réalisé des progrès remarquables dans la recherche sur les neutrinos. Dans un article publié dans la revueSciencea été publiée, une nouvelle limite supérieure pour la masse des neutrinos d'au plus 0,45 électronvolts (eV) a été déterminée, soit seulement 8 x 10^-37correspond aux kilogrammes. Cette découverte représente un record mondial et est cruciale pour faire la lumière sur les propriétés physiques de l’une des particules les moins comprises de l’univers. La mesure précise de la masse des neutrinos est essentielle à la compréhension des lois fondamentales de la nature, comme l'explique la collaboration KATRIN.

Les neutrinos, qui existent sous trois types principaux – les neutrinos électroniques, muoniques et tau – sont électriquement neutres et réagissent rarement avec la matière. L'expérience KATRIN utilise la désintégration bêta du tritium pour mesurer avec précision la masse des neutrinos. Au cours de ce processus, un neutron se transforme en proton et émet un électron et un antineutrino électronique. L'analyse de la répartition énergétique de ces particules permet aux scientifiques de tirer des conclusions sur la masse des neutrinos. Les informations sur la masse estimée des neutrinos en 2025 devraient approcher 0,3 eV avec un niveau de confiance de 90 %.

Détails techniques de l'expérience KATRIN

Le système KATRIN mesure 70 mètres de long et comprend un spectromètre haute résolution d'un diamètre de dix mètres. Les mesures de masse des neutrinos ont été effectuées sur un total de 259 jours au cours de cinq campagnes de mesure, au cours desquelles environ 36 millions d'électrons ont été analysés. Cette quantité de données est six fois supérieure aux mesures précédentes et permet une étude beaucoup plus précise de la masse des neutrinos. Les résultats de KATRIN confirment également la théorie selon laquelle les neutrinos sont au moins un million de fois plus légers que les électrons et renforcent la preuve que les neutrinos ont une masse – un aspect qui contredit l'hypothèse traditionnelle du modèle standard.

Les chercheurs ont considérablement affiné les limites des mesures des neutrinos grâce à des méthodes améliorées de collecte de données et à une réduction des incertitudes systématiques. Christian Weinheimer de l'Université de Münster, l'un des précédents intervenants de l'expérience, et son équipe ont joué un rôle clé dans la mise en place et le fonctionnement de KATRIN et ont développé des méthodes d'analyse et de mesure innovantes qui augmentent considérablement la sensibilité des expériences.

Perspectives et projets futurs

Les mesures de masse des neutrinos dans le cadre de KATRIN se poursuivront jusqu'à fin 2025. À partir de 2026, un nouveau système de détection appelé TRISTAN sera connecté, ce qui permettra de rechercher d'hypothétiques neutrinos stériles. De plus, un programme de recherche et développement appelé KATRIN++ est en cours pour développer des concepts pour de futures expériences sur la masse des neutrinos. Des scientifiques de plus de 20 institutions de sept pays sont impliqués dans ce projet commun international.

En résumé, les progrès de l’expérience KATRIN montrent non seulement à quel point la recherche sur les neutrinos est importante pour la compréhension de notre univers, mais aussi quelles approches innovantes sont possibles dans la physique des particules moderne. Les découvertes de KATRIN repoussent les limites de la connaissance et mettent en évidence les énormes défis auxquels sont confrontés les scientifiques. Les résultats et les techniques de cette recherche ont le potentiel de changer de façon permanente l’ensemble du domaine de la physique des particules.

Pour plus d'informations sur les résultats de l'expérience KATRIN, lire les rapports uni-muenster.de, deinkalert.org et kit.edu.