La collaboration MINERvA a analysé les données des interactions d'un antineutrino (le partenaire antimatière d'un neutrino) avec un noyau. Ils ont été surpris de trouver des preuves que les antineutrinos interagissaient avec des paires de particules à l'intérieur du noyau. Ils s'attendaient à ce que les antineutrinos interagissent avec de simples protons ou neutrons. Pour voir cette preuve, l'équipe a comparé leurs données antineutrinos à un modèle de ces interactions. Le modèle était basé sur une analyse précédente des interactions des neutrinos à MINERvA publiée il y a deux ans.

Les scientifiques utilisent des mesures de neutrinos pour déterminer pourquoi notre univers est fait de matière plutôt que d'antimatière, c'est-à-dire pourquoi la matière a dépassé l'antimatière au début de notre univers. La réponse concerne un phénomène connu sous le nom de violation de CP. Les neutrinos — omniprésents, particules difficiles à attraper - pourraient contenir la réponse. Les recherches de violation de CP dépendent de la comparaison des échantillons de neutrinos et d'antineutrinos et de la recherche de petites différences. Grand, des différences inconnues entre les taux de réaction des neutrinos et des antineutrinos dans un détecteur (qui n'est constitué que de matière) masqueraient la présence ou l'absence de signatures CP. La nouvelle analyse de MINERvA révèle beaucoup de choses sur les performances des modèles et sur leurs lacunes. L'équipe converge vers de meilleurs modèles qui décrivent à la fois les données sur les neutrinos et les antineutrinos.

Ce n'est un secret pour personne que les neutrinos changent de saveur, ou osciller, lorsqu'ils voyagent d'un endroit à un autre. Le montant qu'ils changent dépend du temps dont ils disposent pour changer. Ce temps est directement lié à la distance parcourue par le neutrino et à l'énergie du neutrino lui-même. Mesurer la distance est facile. La partie difficile est de mesurer l'énergie des neutrinos.

Les expériences le font en mesurant les énergies des particules produites par le neutrino lorsqu'il interagit dans les détecteurs. Mais que se passe-t-il si l'une des particules produites, par exemple, un neutron, laisse à peine une partie de son énergie dans le détecteur ?

Les expériences d'oscillation doivent prédire la quantité d'énergie perdue, puis corriger cette perte. Ces prédictions dépendent de modèles précis de la façon dont les neutrinos interagissent. Ces modèles doivent être justes non seulement pour les neutrinos mais aussi pour les antineutrinos, qui sont particulièrement efficaces pour fabriquer des neutrons.

La collaboration MINERvA a analysé les données d'interactions d'antineutrinos qui ont produit des muons chargés positivement. Les scientifiques ont examiné à la fois la quantité de mouvement et l'énergie transférée au noyau lors de ces interactions. En se concentrant sur la zone cinématique où seul un neutron doit être éliminé, ils ont examiné la situation la plus pessimiste :la majeure partie de l'énergie disparaît. De cette façon, les scientifiques ont directement mesuré les effets d'un modèle imparfait d'énergie manquante.

Pour comprendre pourquoi cette nouvelle analyse des interactions antineutrinos est passionnante, nous devons revenir à une mesure d'il y a deux ans. Cet instant, MINERvA a mesuré les interactions de neutrinos qui produisent des muons chargés négativement, interactions qui sont plus susceptibles de produire un proton qu'un neutron. L'énergie d'un proton est beaucoup plus facile à mesurer que celle d'un neutron dans un détecteur tel que MINERvA. Pour les interactions neutrinos sur une paire proton-neutron (plutôt que sur une seule de ces deux particules), les scientifiques ont observé un nombre d'événements beaucoup plus important que ne le prévoyaient les modèles de pointe. Les amateurs de sections efficaces de neutrinos ne sont jamais surpris lorsque les modèles ne décrivent pas les données. Voici donc la surprise :lorsqu'ils ont utilisé les résultats des neutrinos pour modifier le modèle antineutrino afin de prédire les données antineutrino décrites ci-dessus, ça a marché.