Nouvelle limite supérieure pour la masse des neutrinos

La dernière estimation publiée dans la revue Science établit la limite supérieure pour la masse du neutrino à 0,45 eV/c². Katrin, le seul instrument à pouvoir peser directement ces particules poids plume à l’aide d’une méthode indépendante de tout modèle, établit ainsi un nouveau record. La limite communiquée améliore d’un facteur deux le précédent résultat de 2022.

Les neutrinos comptent parmi les particules les plus mystérieuses de l’univers: très abondants, furtifs, ils interagissent très peu avec la matière. En cosmologie, ils influencent le développement de structures à grande échelle, tandis qu’en physique des particules, leur masse infime en fait des indicateurs de processus physiques encore inconnus. La mesure précise de la masse des neutrinos est donc essentielle pour une compréhension complète des lois fondamentales de la nature.

L’expérience KATRIN utilise la désintégration bêta du tritium, un isotope instable de l’hydrogène, pour déterminer la masse du neutrino via la distribution d’énergie des électrons libérés lors du processus de désintégration. Cette mesure nécessite un effort technologique considérable: l’expérience de 70 mètres de long abrite la source de tritium la plus intense au monde et un spectromètre haute résolution d’un diamètre de dix mètres permettant de mesurer l’énergie des électrons de désintégration avec une précision sans précédent.

KATRIN permet de s’approcher au plus près de la masse des neutrinos et surpasse les expériences précédentes d’un facteur quatre. La campagne de mesure se poursuivra jusqu’à fin 2025. La précision devrait encore s’affiner grâce à l’amélioration des techniques, aux plus grands volumes de données disponibles et aux progressions dans l’analyse.

À partir de 2026, un nouveau système de détection sera installé, baptisé TRISTAN. Il permettra de rechercher des neutrinos stériles dans la gamme du keV, des particules hypothétiques considérées comme des candidats pour la matière noire. KATRIN++, un programme de recherche et développement ciblant une mesure directe encore plus précise de la masse des neutrinos, sera lancé parallèlement.