Prix Nobel de Physique

Pour la quatrième fois en moins de trente ans, après 1988, 1995 et 2002, le comité Nobel a choisi de récompenser des physiciens pour leurs travaux sur les neutrinos. Le Japonais Takaaki Kajita et le Canadien Arthur McDonald se partagent le prix de 8 millions de couronnes suédoises (860 000 euros) décerné mardi pour avoir démontré que ces particules «oscillaient» naturellement entre différents états appelés «saveurs».

Les neutrinos sont des particules qui ont la particularité de nous traverser par milliards en permanence sans produire le moindre effet. Seul un neutrino sur 10 milliards traversant la Terre parvient à interagir avec un atome. Il en existe trois sortes: les neutrinos muon, tau et électron. Sur Terre, ils proviennent pour la plupart du Soleil, produits par les réactions de fusion nucléaire, ou de la collision de rayons cosmiques de très haute énergie sur les molécules de l'atmosphère qui provoquent des gerbes de particules.

Les détecteurs de neutrinos ont néanmoins longtemps donné des résultats étranges: il manquait toujours une partie des particules prévues par la théorie. Ce sont ces anomalies que Takaaki Kajita, de l'université de Tokyo, et Arthur McDonald, de l'université Queen's à Kingston (Ontario) ont réussi à expliquer par des observations plus fines, respectivement avec le détecteur Super-Kamiokande (pour les neutrinos atmosphériques) au Japon et l'Observatoire neutrino de Sudbury, au Canada (pour les neutrinos solaires). Les deux physiciens ont ainsi confirmé que les neutrinos ne disparaissaient pas, mais qu'ils se métamorphosaient d'un type à un autre avant d'arriver sur les détecteurs, plus sensibles à une saveur particulière de neutrinos, faussant ainsi les résultats.

«On ne connait toujours pas la masse exacte des neutrinos aujourd'hui»

Cette propriété étrange, une de plus dans le monde quantique, a des implications profondes pour l'ensemble de la physique puisqu'elle faisait vaciller le Modèle Standard, le cadre conceptuel décrivant toute la physique des particules et de leurs interactions. «Cette théorie prenait en compte l'existence des neutrinos, mais elle supposait que ces particules n'avaient pas de masse», détaille Dominique Duchesneau, chef du groupe Neutrino au laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (CNRS). «Or le phénomène d'oscillation suppose au contraire que les neutrinos en ont une, même si elle est très faible, un demi-millionième de celle de l'électron tout au plus.»

De nombreuses extensions théoriques ont ainsi vu le jour pour tenter de décrire le phénomène sans qu'il soit possible de trancher entre les différentes options. «Notamment parce qu'on ne connaît toujours pas leur masse exacte», souligne Hervé de Kerret, spécialiste de la question au laboratoire Astroparticule et cosmologie (CNRS).

D'autres questions restent ouvertes. Le neutrino est-il, oui ou non, sa propre antiparticule? Existe-t-il une quatrième saveur, dite stérile, interagissant encore moins avec la matière qui permettrait entre autres d'expliquer la masse manquante de l'Univers? Tout physicien qui parviendrait à y répondre par l'affirmative se métamorphoserait lui immédiatement en Nobel potentiel.

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