TROIS DÉTECTEURS DE NEUTRINOS, UN SEUL VERDICT

Les neutrinos existent en trois types, et ils passent d’un type à l’autre en voyageant — ils oscillent. Les neutrinos atmosphériques ont joué un rôle central pour le montrer, et pour établir que les neutrinos ont une masse. Mais une question de base sur ces masses reste ouverte : leur ordre. Le troisième état de masse est-il le plus lourd des trois — l’ordre « normal » — ou le plus léger, l’ordre « inversé » ?

La réponse dépasse les neutrinos, notent les auteurs : elle touche à la nature peut-être « de Majorana » du neutrino, une grande question ouverte, et elle se relie aux mesures cosmologiques, qui préfèrent actuellement l’ordre normal.

Trois détecteurs, un seul ajustement

Miaochen Jin et Carlos Argüelles, de l’université Harvard, avec Pablo Fernández-Menéndez (Saint-Jacques-de-Compostelle) et Iván Martínez-Soler (Madrid et Durham), ont combiné les données publiques de trois détecteurs qui observent les mêmes neutrinos :

• Super-Kamiokande, 50 000 tonnes d’eau dans une mine japonaise, avec toutes ses données en eau pure : 6 511 jours d’observation.
• IceCube-DeepCore, le cœur dense d’un détecteur enfoui entre 1 450 et 2 450 mètres de profondeur dans la glace du pôle Sud : 8 ans de données.
• KM3NeT/ORCA, encore en construction en Méditerranée, avec ses six premières lignes de détection : 510 jours et 5 828 événements.

Les combinaisons précédentes additionnaient simplement les résultats publiés. Ici, tous les échantillons d’événements sont ajustés en même temps. Comme les trois détecteurs voient le même flux de neutrinos interagir avec la même eau, les incertitudes sur ce flux et sur ces interactions leur sont communes. La grande statistique d’une expérience aide alors à cerner des erreurs qui brouilleraient sinon celles d’une autre.

En chemin, l’équipe a trouvé un bogue dans les données publiques de Super-Kamiokande. La collaboration l’a confirmé et a fourni une version corrigée, utilisée ici avant sa diffusion publique.

En haut : régions permises pour deux paramètres d’oscillation, par détecteur et pour la combinaison (en noir). En bas : le résultat observé (ligne noire) comparé à des milliers d’expériences simulées avec l’ordre normal (bleu) ou inversé (orange). — Figure 1, Jin, Argüelles, Fernández-Menéndez et Martínez-Soler (2026), arXiv:2610.12208, CC BY 4.0.

Des indices qui s’additionnent

Seul, chaque détecteur ne penche que légèrement vers l’ordre normal. Combinée, la préférence devient nette : l’ajustement est moins bon de 11,0 unités de la statistique de test avec l’ordre inversé. Pour traduire cela en probabilité, l’équipe a simulé 4 397 pseudo-expériences dans un univers à ordre inversé. Seules 2 ont donné un résultat aussi extrême que les vraies données. L’ordre inversé est exclu avec 99,95 % de confiance, soit 3,3 sigma.

D’où vient le signal ? Les neutrinos de 2 à 10 milliards d’électronvolts qui traversent le manteau et le noyau de la Terre se transforment différemment selon l’ordre. Dans l’ordre normal, la matière traversée amplifie la conversion des neutrinos plutôt que des antineutrinos, et les trois détecteurs réagissent ensemble à cette amplification.

De la précision en prime

Le même ajustement mesure d’autres propriétés des neutrinos, sans aucun accélérateur de particules :

• l’écart de masse qui pilote ces oscillations à 2,2 % près, et un angle de mélange à 6,1 % près, ce que les auteurs jugent compétitif avec les expériences sur accélérateur ;
• un angle de mélange compatible avec la valeur maximale possible ;
• une contrainte sur la phase de violation CP — une grandeur liée au déséquilibre entre matière et antimatière — qui ne repose sur aucune expérience à faisceau.

Pas encore une découverte

Plusieurs mises en garde accompagnent le résultat. C’est une réanalyse indépendante de données publiques, pas un résultat officiel des trois collaborations. Un critère statistique plus prudent ramène la signification à 2,55 sigma. La qualité globale de l’ajustement est médiocre (une probabilité de 0,011), à cause des données d’ORCA, et les trois jeux de données montrent entre eux une légère tension, à 2,2 sigma. Les auteurs déclarent que des outils d’IA, qu’ils ne nomment pas, ont aidé à préparer le manuscrit, les graphiques et le code.

Leur perspective : ajouter l’expérience sur réacteurs JUNO à ces données atmosphériques pourrait, selon leur estimation approximative, approcher la réponse de 4 sigma — un chiffre qui demande encore une simulation conjointe complète. « L’ordre normal se profile », écrivent-ils.