1 555 NEUTRINOS QUI ONT POUSSÉ UN NOYAU ENTIER

Parfois, un neutrino ne heurte pas une seule particule d’un atome, mais tout le noyau à la fois, qui recule d’un bloc. Cette « diffusion élastique cohérente neutrino-noyau » a été prédite en 1974. Comme le noyau entier participe, la probabilité de collision est renforcée : des détecteurs de quelques kilogrammes seulement peuvent la voir.

Elle a d’abord été détectée par la collaboration COHERENT, auprès d’une source de neutrons par spallation, un accélérateur qui produit aussi des neutrinos. De grands détecteurs de matière noire en ont aussi rapporté des indices avec des neutrinos venus du Soleil. Les réacteurs nucléaires sont une autre source : ils produisent des antineutrinos de plus basse énergie, jusqu’à environ 10 millions d’électronvolts. La première détection auprès d’un réacteur est venue de CONUS+ lui-même, avec un signal 3,7 fois plus grand que son incertitude (3,7 σ, dans le jargon des physiciens).

Un murmure d’énergie

Toute la difficulté tient à la petitesse du choc. Un antineutrino de réacteur fait reculer un noyau de germanium avec quelques milliers d’électronvolts au plus. Seuls 15 à 20 % de cette énergie deviennent un signal électrique lisible par le détecteur. Les événements s’entassent juste au-dessus de la plus basse énergie que le détecteur sait enregistrer — exactement là où l’étalonnage est le plus délicat.

Un détecteur au pied du cœur

CONUS+ est installé à la centrale nucléaire de Leibstadt, en Suisse, à 20,7 mètres du cœur d’un réacteur qui produit 3,6 gigawatts de chaleur. Il fonctionne depuis novembre 2023. Pour sa deuxième campagne, deux cristaux plus gros de germanium ultra-pur ont rejoint l’un des détecteurs d’origine : 5,6 kilogrammes de masse active au total. Un blindage compact de plomb et de plastique chargé en bore, un détecteur qui repère les muons (cousins lourds de l’électron produits par les rayons cosmiques) et un balayage permanent d’air sans radon réduisent le bruit de fond d’un facteur d’environ 10 000.

Les données ont été prises de février 2025 à juillet 2026 : 1 296 kilogrammes-jours réacteur en marche (la masse du détecteur multipliée par le nombre de jours de mesure) et 86 réacteur à l’arrêt.

Compter à l’aveugle

Pour ne pas se tromper eux-mêmes, les physiciens ont gardé les données de basse énergie cachées pendant qu’ils mettaient au point leur analyse, puis ont dévoilé les détecteurs un par un. Résultat : 1 555 ± 152 événements. Le signal vaut 10,2 fois son incertitude. Le Modèle standard de la physique des particules en prévoyait 1 701 ± 198 — accord à 0,6 écart-type près, soit un rapport mesuré sur prédit de 0,91 ± 0,14.

Un contrôle utile : réacteur à l’arrêt, l’ajustement trouve 22 ± 29 événements, compatible avec zéro. Si les 1 555 événements venaient d’un bruit sans lien avec le réacteur, les données réacteur à l’arrêt, 15 fois plus petites en exposition, en auraient quand même montré environ 103.

Comptages des trois détecteurs, réacteur en marche : le signal des neutrinos (orange) se pose sur les bruits de fond, juste au-dessus du seuil. — Figure 1, collaboration CONUS (2026), arXiv:2610.37318.

La plus grosse récolte à ce jour

Selon les auteurs, c’est le plus grand échantillon de ces collisions jamais détecté, et la mesure la plus précise aux énergies des réacteurs, d’une précision comparable au récent résultat de COHERENT sur le germanium. L’incertitude sur le comptage tombe à 9,8 %, presque trois fois moins que lors de la première campagne.

Le résultat s’accorde avec les limites supérieures posées par d’autres expériences au germanium auprès de réacteurs. À l’inverse, le signal annoncé par l’expérience Dresden-II correspond à un taux nettement plus élevé que ceux vus par les autres expériences au germanium auprès de réacteurs, celle-ci comprise.

Intensité de la collision selon le nombre de neutrons du noyau cible : CONUS+ (losange noir, germanium) tombe sur la courbe des réacteurs (rouge). — Figure 3, collaboration CONUS (2026), arXiv:2610.37318.

Peser la force faible

Dans le Modèle standard, le taux de collisions croît comme le carré de la « charge faible » du noyau :

Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z

où N et Z sont ses nombres de neutrons et de protons, et θ_W l’angle de mélange faible, un paramètre de la force nucléaire faible, celle qui gouverne certaines radioactivités et la seule, avec la gravité, que ressentent les neutrinos. À partir du comptage, l’équipe obtient sin²θ_W = 0,225 ± 0,022, conforme à la valeur attendue de 0,2387. Parmi les mesures de ce type, c’est celle qui sonde la force dans les collisions les plus douces, où le neutrino donne au noyau la plus petite poussée (le plus faible « transfert d’impulsion »).

Le comptage continue

La mesure reste limitée surtout par le nombre d’événements. Une année de données de plus ramènerait l’incertitude statistique vers 5 %. Un meilleur étalonnage au seuil et de nouvelles mesures de la façon dont le germanium convertit l’énergie de recul devraient réduire l’incertitude de la prédiction. Les auteurs voient les neutrinos de réacteur passer de la première détection à la mesure de précision.