QUEL NEUTRINO EST LE PLUS LOURD ? JUNO PENCHE D'UN CÔTÉ
Les neutrinos sont réputés insaisissables. La découverte qu’ils « oscillent » — qu’ils changent de type en voyageant — a établi qu’ils ont une masse. Il existe trois types (ou « saveurs ») de neutrinos, et chacun est un mélange de trois états de masse. Les physiciens ont mesuré l’écart entre ces masses. Ils ne savent toujours pas dans quel ordre elles se rangent.
Deux possibilités restent ouvertes. Dans l’ordre normal, le troisième état de masse est plus lourd que le premier ; dans l’ordre inversé, il est plus léger. Les expériences sur faisceaux d’accélérateur et sur les neutrinos de l’atmosphère sondent la question par la façon dont la matière déforme les oscillations, mais leur réponse est mêlée à d’autres inconnues. L’Observatoire souterrain de neutrinos de Jiangmen (JUNO) l’attaque autrement : par l’oscillation pure, dans le vide, des antineutrinos sortis de réacteurs nucléaires.
Une sphère géante sous une colline
JUNO est installé sous la colline de Dashi, dans le Guangdong (Chine), sous 650 mètres de roche. Son cœur : 20 000 tonnes de scintillateur liquide — un liquide qui s’illumine au passage d’une particule — dans une sphère en acrylique surveillée par environ 17 600 grands et 25 600 petits capteurs de lumière.
Les antineutrinos viennent des huit cœurs des centrales nucléaires de Yangjiang et de Taishan, à 52,5 kilomètres en moyenne. Quand l’un d’eux frappe un proton, il produit un positon et un neutron. L’éclair du positon donne l’énergie ; la capture du neutron, un instant plus tard, confirme l’événement.
À cette distance, le spectre en énergie porte une onde lente surmontée d’ondulations rapides. Ce sont ces ondulations qui contiennent l’ordre des masses. Pour les lire, il faut une résolution en énergie exceptionnelle — environ 3,5 % au centre du détecteur — et une connaissance parfaite du spectre des réacteurs avant toute oscillation. Pour la première fois, l’équipe a utilisé pour cela un petit détecteur placé tout près d’un cœur de Taishan, TAO.
Spectre en énergie des 8 294 événements : les données (en noir) restent très en dessous de ce qu’on verrait sans oscillation (en gris). — Figure 3, Collaboration JUNO (2026), arXiv:2609.37895.
207 jours, 8 294 antineutrinos
L’analyse couvre 207,2 jours de données, du 30 août 2025 au 18 mai 2026 — plus de trois fois la première analyse de JUNO. Elle a été menée en aveugle, et trois groupes indépendants l’ont conduite en parallèle avec des résultats cohérents.
- Les paramètres « solaires », qui pilotent l’onde lente, atteignent 2,1 % et 1,1 % de précision : les mesures les plus précises au monde, encore améliorées.
- Le grand écart de masse, Δm²₃₁, est mesuré par JUNO pour la première fois, à environ 1 % près : +2,509 × 10⁻³ eV² si l’ordre est normal, −2,482 × 10⁻³ eV² s’il est inversé.
Avec cette quantité de données, JUNO seul voit encore plusieurs solutions possibles pour cet écart ; une mesure antérieure de l’expérience Daya Bay désigne la bonne, et JUNO fixe la précision.
Un indice en faveur de l’ordre « normal »
Pour départager les deux ordres, l’équipe a ajouté les valeurs de l’écart de masse mesurées par les expériences sur accélérateur. La tension entre résultats des réacteurs et des accélérateurs est plus forte dans l’hypothèse inversée. Résultat : l’ordre inversé est défavorisé à 2,1 sigma (une valeur p d’environ 2 %), quelle que soit la valeur de la phase de violation de CP, encore inconnue. Une analyse bayésienne indépendante donne une cote de 10,18 contre 1 en faveur de l’ordre normal.
En haut : la valeur mesurée (pointillés) face aux expériences simulées pour chaque ordre. En bas : l’analyse bayésienne, avec un facteur 10,18 en faveur de l’ordre normal. — Figure 8, Collaboration JUNO (2026), arXiv:2609.37895.
La collaboration parle d’une « indication », la première venue de JUNO. Une vraie découverte demandera une significativité bien plus élevée, et davantage d’années de mesure. Au passage, le détecteur a aussi mesuré le flux de géoneutrinos — des antineutrinos issus de l’uranium et du thorium de l’intérieur de la Terre — avec ce que les auteurs décrivent comme le plus grand échantillon de candidats jamais réuni.
La Collaboration JUNO compte 62 institutions, dont l’Institut de physique des hautes énergies de Pékin.