Le plus grand détecteur de neutrinos au monde publie des résultats préliminaires spectaculaires

Les 19 et 20 novembre 2025, l'équipe à l'origine du Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) a dévoilé les premiers résultats physiques de l'expérience — et ils sont arrivés bien plus tôt que ce que de nombreux scientifiques prévoyaient. Avec moins de deux mois de temps de fonctionnement effectif, JUNO a déjà produit des mesures de deux paramètres fondamentaux des neutrinos avec une précision supérieure au record mondial établi sur des décennies d'expériences.

Ce qu'est JUNO et pourquoi c'est important

JUNO est un détecteur à scintillateur liquide de nouvelle génération de grande envergure, enfoui à environ 700 mètres sous une couverture de granit à Jiangmen, dans la province du Guangdong. Son élément central est une sphère en acrylique de 35,4 mètres contenant environ 20 000 tonnes de liquide scintillant ultra-pur, observée par environ 40 à 45 000 tubes photomultiplicateurs (PMT) montés à l'intérieur d'un bassin d'eau de 44 mètres qui assure le blindage et le marquage des muons. L'instrument a commencé la collecte de données physiques le 26 août 2025, après plus d'une décennie de conception et de construction.

Les neutrinos sont des particules notoirement insaisissables : des milliers de milliards nous traversent chaque seconde sans presque jamais interagir. Cette rareté est précisément la raison pour laquelle des détecteurs massifs comme JUNO sont nécessaires. Lorsqu'un neutrino interagit dans le scintillateur, il crée un faible éclat de lumière ; des PMT sensibles captent cette lumière et permettent aux physiciens de reconstruire l'énergie et l'identité du neutrino. La taille de JUNO et ses photodétecteurs sur mesure en font l'installation la plus sensible au monde pour les neutrinos de basse énergie produits par les réacteurs nucléaires et d'autres sources.

Récolte précoce : une précision après 59 jours

La collaboration a analysé les données recueillies entre le 26 août et le 2 novembre 2025 — un jeu de données effectif de 59 jours — et a rapporté des mesures de l'angle de mélange solaire (θ12) et de la plus petite différence de masse solaire (Δm2_21). En utilisant environ 2 400 événements d'antineutrinos de réacteurs collectés au cours de cette période, JUNO a obtenu une précision environ 1,6 fois supérieure à la combinaison des mesures précédentes de ces mêmes paramètres.

Ces deux chiffres sont les pierres angulaires du cadre d'oscillation des neutrinos à trois saveurs : θ12 régit la manière dont les neutrinos électroniques se mélangent aux autres saveurs à basse énergie, et Δm2_21 fixe la fréquence de l'oscillation pilotée par la différence des carrés de deux masses de neutrinos. L'amélioration de la précision de ces quantités affine chaque test ultérieur du comportement des neutrinos, des recherches sur la hiérarchie des masses aux études des neutrinos provenant du Soleil et des supernovas.

Une tension persistante : résultats solaires contre résultats de réacteurs

Un aspect frappant de l'analyse initiale de JUNO est qu'elle confirme un décalage léger mais persistant — environ 1,5 écart-type — entre les valeurs de θ12 et Δm2_21 extraites des expériences sur les neutrinos solaires et celles obtenues par les expériences sur les neutrinos de réacteurs. Cette « tension solaire-réacteur » est visible avec une faible signification dans les ajustements globaux depuis plusieurs années ; la mesure de réacteur de haute précision de JUNO reproduit cette différence plutôt que de l'atténuer.

C'est important car si la tension s'accentue avec l'amélioration des données, cela pourrait être le signe d'une physique au-delà du modèle d'oscillation à trois saveurs — par exemple, des interactions de neutrinos non standard, des états stériles exotiques ou des problèmes subtils dans la modélisation solaire. Alternativement, cela pourrait indiquer des incertitudes systématiques sous-estimées dans l'une ou l'autre des approches expérimentales. JUNO est idéalement positionné pour résoudre cette ambiguïté car le détecteur mesurera à la fois les neutrinos de réacteurs et les neutrinos solaires au sein du même instrument et avec les mêmes systèmes d'étalonnage.

Pourquoi les neutrinos sont un portail vers une nouvelle physique

Les neutrinos ont déjà forcé une remise en question du Modèle Standard lorsque les oscillations ont impliqué qu'ils possèdent une masse — un fait que la formulation originale du Modèle Standard ne prédisait pas. Le schéma des masses et des mélanges est inhabituel par rapport aux autres fermions et pourrait contenir des indices sur la manière dont la masse est générée à des échelles d'énergie élevées. Déterminer les paramètres d'oscillation avec précision ouvre une fenêtre sur d'infimes déviations par rapport au paradigme des trois saveurs, ce qui pourrait signaler de nouvelles forces, de nouvelles particules ou des liens avec l'asymétrie matière-antimatière de l'univers.

Le programme à long terme de JUNO va bien au-delà de ces deux premiers paramètres. La collaboration vise à déterminer la hiérarchie des masses de neutrinos (si le troisième état de masse est plus lourd ou plus léger que les deux autres), à porter de nombreux paramètres d'oscillation à une précision inférieure au pourcent, à détecter les neutrinos de la prochaine supernova proche, à mesurer les géoneutrinos qui sondent l'intérieur de la Terre et à rechercher des processus rares qui briseraient directement le Modèle Standard.

Réalisation technique et envergure

L'obtention de ces résultats précoces a nécessité bien plus qu'un grand réservoir. JUNO intègre plusieurs percées technologiques : un scintillateur hautement transparent et ultra-propre qui permet à la lumière de voyager loin sans diffusion ; des PMT larges et à haute efficacité conçus pour capturer de faibles éclats ; et un système d'étalonnage complet pour cartographier précisément la réponse du détecteur à travers l'ensemble de la sphère de 35 mètres. Ensemble, ces systèmes permettent aux scientifiques de séparer les véritables événements de neutrinos du bruit de fond et de mesurer les énergies avec la résolution fine nécessaire pour extraire les effets d'oscillation.

Et après ?

• Hiérarchie des masses. Déterminer si les trois états de masse des neutrinos sont disposés de manière « normale » ou « inversée » est un objectif primaire de JUNO et nécessitera quelques années de données à pleine sensibilité.
• Les neutrinos solaires dans JUNO. L'utilisation du même détecteur pour mesurer à la fois les neutrinos de réacteurs et les neutrinos solaires permettra à JUNO de tester si la tension solaire-réacteur observée est un artefact expérimental ou une véritable anomalie physique.
• Recherches plus larges. Avec l'accumulation de l'exposition, JUNO sondera les déviations par rapport au schéma d'oscillation standard, recherchera des neutrinos stériles à certaines échelles de masse et sera prêt à capturer le sursaut de neutrinos d'une supernova galactique si l'une d'elles se produisait.

La réaction de la communauté scientifique

Il est rare que de nouvelles expériences réécrivent les manuels dès le premier jour, mais la performance initiale de JUNO est exactement ce que le domaine espérait voir : le détecteur fait ce pour quoi il a été conçu et livre d'emblée une précision de classe mondiale. La confirmation de la tension solaire-réacteur provoquera des examens minutieux et de nouveaux recoupements, et elle inspirera les théoriciens à revoir les modèles capables de produire un tel effet. Au cours des prochaines années, le flux régulier de données de haute qualité de JUNO permettra soit de résoudre cette tension, soit de la transformer en une anomalie statistiquement significative exigeant une nouvelle physique.