Les neutrinos sont les particules les plus antisociales de l'univers. Elles traversent la Terre, nos corps, et ressortent de l'autre côté comme si de rien n'était — parce que, pour elles, presque rien ne se passe. Ces particules invisibles sont parmi les choses les plus difficiles à détecter qui existent, et pourtant les scientifiques continuent de trouver des moyens de capturer la preuve de leur passage, ouvrant de nouvelles fenêtres sur le cosmos et ses environnements les plus extrêmes.

Le domaine a été remarquablement productif pour quelque chose construit sur des particules qui refusent d'interagir avec quoi que ce soit. La recherche sur les neutrinos a contribué à cinq prix Nobel de physique. Cette année, le physicien Francis Halzen a reçu le prix « pour ses contributions décisives à l'observatoire de neutrinos IceCube et la découverte de neutrinos de haute énergie d'origine astrophysique ».

George Fuller, professeur distingué de physique à l'Université de Californie à San Diego, a passé des décennies à étudier la physique nucléaire, l'astrophysique des particules et la cosmologie. Il a également collaboré avec Halzen sur un premier article scientifique concernant IceCube. Son expertise aide à expliquer ce qui rend les neutrinos si inhabituels — et pourquoi les scientifiques ont construit un observatoire gigantesque au plus profond de la glace antarctique pour les étudier.

Les neutrinos appartiennent à un groupe connu sous le nom de particules élémentaires, que les scientifiques pensent dépourvues de composants plus petits. Ils se déclinent en trois variétés : les neutrinos électroniques, muoniques et tauiques. Contrairement aux particules chargées électriquement, les neutrinos n'ont pas de charge électrique. Ils ont une masse, mais elle est extraordinairement faible — potentiellement environ 10 millions de fois inférieure à la masse d'un électron. Leurs masses exactes restent inconnues, tout comme le mécanisme responsable de leur production.

Une autre caractéristique remarquable est leur capacité à traverser la matière avec presque aucune résistance. Parce que les neutrinos interagissent si rarement avec d'autres particules, ils peuvent franchir de vastes distances à des vitesses proches de celle de la lumière.

Les neutrinos proviennent de nombreux endroits différents, notamment du Soleil, de régions lointaines de l'espace et de sources que les scientifiques n'ont pas encore identifiées. Ils sont également étonnamment abondants. Les estimations suggèrent que l'univers contient environ 10^89 neutrinos, soit approximativement un milliard pour chaque atome existant.

« Les neutrinos sont vraiment des particules fantomatiques », a déclaré Fuller. « C'est difficile de les arrêter. C'est difficile de les attraper. Comment savons-nous même qu'ils existent ou où ils se trouvent ? »

Malgré leur nature insaisissable, les neutrinos interagissent occasionnellement avec la matière via une force fondamentale appelée interaction faible. Cette force est environ 20 ordres de grandeur plus faible que l'électromagnétisme. De telles interactions peuvent faire diffuser ou absorber les neutrinos, offrant aux scientifiques un moyen de les détecter. Cependant, ces événements sont si rares que leur observation nécessite un équipement exceptionnellement sensible.

Leur capacité à traverser des matériaux denses fait aussi des neutrinos de précieux messagers de régions autrement inaccessibles de l'univers. Ils peuvent s'échapper des environnements entourant les étoiles en effondrement et les trous noirs, portant des informations que d'autres formes de rayonnement pourraient ne pas révéler.

L'ampleur de cette activité invisible est stupéfiante. Environ 100 milliards de neutrinos traversent chaque centimètre carré de votre corps chaque seconde, presque entièrement sans être remarqués.

« Parce que l'interaction est si faible, les neutrinos peuvent traverser presque tout », a déclaré Fuller. « Des années-lumière de plomb — selon leur énergie, ils le traverseraient sans problème. »

La recherche des neutrinos a commencé bien avant que la technologie n'existe pour les observer. Dans les années 1930, le physicien Wolfgang Pauli a proposé qu'une particule inconnue pourrait expliquer pourquoi l'énergie semblait manquer lors de certaines formes de désintégration radioactive. Il a d'abord utilisé un nom différent pour la particule hypothétique (il les appelait « neutrons » à l'époque).

Pauli comprenait à quel point il serait difficile de vérifier son idée. Il a reconnu le problème avec sa célèbre phrase : « J'ai fait une chose terrible, j'ai postulé une particule qui ne peut pas être détectée. »

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