LES NEUTRINOS NE TROUVENT AUCUNE MOUSSE DANS L'ESPACE-TEMPS

La physique n’a toujours pas de théorie quantique de la gravité qui fonctionne. Mais la plupart des candidates partagent une attente : à l’échelle de Planck, extrêmement petite, l’espace-temps cesse d’être lisse et se met à fluctuer. Les physiciens parlent de mousse d’espace-temps. Une image concrète en est un fond de trous noirs virtuels, microscopiques et éphémères, qui apparaissent et s’évaporent sur les durées les plus courtes possibles.

Une seule de ces fluctuations serait bien trop petite pour être remarquée. Mais une particule qui voyage loin pourrait en accumuler les effets. Son comportement quantique s’estomperait peu à peu en hasard ordinaire, classique : c’est la décohérence.

Une horloge quantique qui traverse la Terre

Les neutrinos sont les particules d’essai idéales. Sans charge électrique, ils ne ressentent que la force faible et la gravité, et traversent des planètes entières sans être dérangés. Et ils portent une horloge quantique intégrée : un neutrino né d’une « saveur » (électronique, muonique ou tauique) oscille vers les autres en voyageant. Cette oscillation est un effet d’interférence. Si la mousse d’espace-temps brouillait l’état quantique du neutrino en chemin, l’oscillation serait amortie.

Les meilleurs neutrinos pour cela sont les neutrinos atmosphériques, produits quand les rayons cosmiques frappent l’atmosphère. Ceux qui arrivent par en dessous ont traversé la Terre — jusqu’à son diamètre entier — et atteignent de très hautes énergies, là où les effets liés à l’échelle de Planck devraient être les plus forts.

La collaboration IceCube a testé deux images de ce qu’un trou noir virtuel pourrait faire à un neutrino de passage : le basculer au hasard dans un état défini, ou décaler sa phase interne d’une quantité aléatoire.

Un neutrino muonique issu d’une gerbe de rayons cosmiques traverse la Terre jusqu’à IceCube. En chemin, un trou noir virtuel (VBH) pourrait changer sa saveur, le projeter sur un état de masse, ou décaler sa phase. — Figure 1, collaboration IceCube (2026), arXiv:2610.14144.

L’effet est décrit par une équation standard des systèmes quantiques qui fuient vers leur environnement, l’équation de Lindblad :

ρ̇ = −i[H, ρ] − D[ρ]

Le premier terme est l’oscillation ordinaire ; le second, D, l’amortissement. Sa force Γ est supposée croître avec l’énergie selon une loi de puissance, Γ(E) = Γ₀ (E/E₀)ⁿ, et l’équipe a testé n = 0, 1, 2 et 3. Le cas n = 2 est le mieux motivé : il apparaît dans plusieurs calculs de théorie des cordes.

368 071 neutrinos, aucun flou

IceCube, c’est un kilomètre cube de glace antarctique surveillé par 5 160 capteurs de lumière. L’équipe a utilisé 10,7 ans de données : 368 071 neutrinos muoniques remontés à travers la Terre, d’énergies comprises entre 0,5 et 100 TeV — dix fois plus haut que la précédente recherche d’IceCube sur cet effet. L’analyse a été menée à l’aveugle, et chaque test devait être réussi avant que le résultat soit dévoilé.

Verdict : les données suivent partout les oscillations ordinaires à trois saveurs. Aucun déficit là où la décohérence frapperait le plus fort.

Les nouvelles limites supérieures (étoiles rouges) comparées aux expériences antérieures. Pour n = 3, l’étoile passe sous la droite verte qui marque un effet « naturel » à l’échelle de Planck. — Figure 6, collaboration IceCube (2026), arXiv:2610.14144.

• Pour n = 2 et n = 3, les limites s’améliorent de plus d’un facteur dix par rapport aux précédentes d’IceCube. Le gain vient surtout des neutrinos les plus énergétiques.
• Pour n = 2, la force de décohérence doit être inférieure à 7,26 × 10⁻¹⁹ électronvolt à 1 TeV, dans les deux modèles.
• Pour n = 3, les limites descendent désormais sous l’attente « naturelle » de l’échelle de Planck — la valeur obtenue en supposant que l’effet devient aussi fort que l’échelle de Planck elle-même à l’énergie de Planck. C’est la première fois que ce niveau est atteint pour n = 3.

Mieux cachée que prévu

Si la mousse d’espace-temps amortit ainsi les oscillations des neutrinos, elle doit être supprimée plus fortement que ne le prévoit une estimation naturelle à l’échelle de Planck — par un mécanisme supplémentaire, ou avec une dépendance en énergie qui n’est pas une simple loi de puissance. Les auteurs parlent des contraintes les plus fortes à ce jour sur cette classe de modèles.

Le test a ses angles morts. IceCube ne sait pas distinguer un à un neutrinos et antineutrinos : l’analyse suppose donc qu’ils se comportent de la même façon. Et les modèles sont volontairement simples, avec un seul paramètre d’amortissement. Des échantillons plus grands, notamment avec le futur détecteur IceCube-Gen2, devraient pousser la recherche plus loin.