Les neutrinos sont aussi mystérieux qu'omniprésents. L'une des particules les plus abondantes de l'univers, ils passent à travers la plupart des matières inaperçues. Leurs masses sont si petites que jusqu'à présent aucune expérience n'a réussi à les mesurer, alors qu'ils voyagent presque à la vitesse de la lumière.

L'expérience neutrino MicroBooNE au Fermilab du ministère de l'Énergie a publié une nouvelle mesure qui permet de brosser un portrait plus détaillé du neutrino. Cette mesure cible plus précisément l'un des processus résultant de l'interaction d'un neutrino avec un noyau atomique, un avec un nom fantaisiste :diffusion quasi-élastique à courant chargé.

Les physiciens ont passé beaucoup de temps à explorer les propriétés de ces particules invisibles. En 1962, ils ont découvert que les neutrinos sont de plusieurs types, ou saveur. A la fin du siècle, les scientifiques avaient identifié trois saveurs et ont également découvert que les neutrinos pouvaient changer de saveur grâce à un processus appelé oscillation. Ce fait surprenant représente une révolution en physique :la première preuve connue de la physique au-delà du modèle standard extrêmement réussi.

Étant donné l'abondance de questions sans réponse liées à ces particules insaisissables, la physique des neutrinos est sur le point d'entrer dans une nouvelle ère de mesures de haute précision, où les prochaines expériences tenteront d'extraire les paramètres d'oscillation avec une précision sans précédent. Ces expériences utiliseront des détecteurs de pointe pour mesurer les interactions des neutrinos. Pour que les expériences soient un succès, une modélisation précise des interactions neutrino-noyau dans leurs simulations est indispensable.

Les chambres à projection temporelle liquide-argon sont de puissants détecteurs de particules qui nous permettent d'étudier en détail les interactions des neutrinos, et ces mesures peuvent être utilisées pour évaluer la validité des modèles d'interaction des neutrinos dans les simulations actuelles. L'expérience neutrino MicroBooNE est la première expérience opérationnelle à grande échelle au Laboratoire Fermi à utiliser cette nouvelle technologie de détection. Il a déjà collecté une multitude d'événements de diffusion de neutrinos au cours des cinq dernières années.

Lorsqu'un neutrino interagit avec un noyau, il peut produire un muon (cousin de l'électron) et un proton par diffusion quasi-élastique à courant chargé, ou diffusion CCQE. MicroBooNE publié dans Lettres d'examen physique la première mesure d'interactions de type CCQE sur l'argon pour des événements produisant un seul muon et un seul proton, mais pas de pions chargés - un autre type de particule subatomique qui résulte souvent des interactions des neutrinos avec la matière. Cette mesure contraint les calculs essentiels pour les mesures futures et identifie les régions où l'amélioration des modèles théoriques est nécessaire.

Ce résultat est d'une grande importance pour toutes les futures expériences d'oscillation de neutrinos qui utiliseront des détecteurs à cible d'argon, telles que les expériences du programme Short-Baseline Neutrino et l'expérience internationale Deep Underground Neutrino, tous deux hébergés par Fermilab, qui s'appuieront sur une modélisation précise des interactions des neutrinos sur l'argon pour atteindre leurs sensibilités projetées.