Imaginez une partie de baseball sur un terrain grand comme notre système solaire. Les coussins sont séparés par des milliards de kilomètres. Quand quelqu'un frappe une balle au sol, les chances sont presque nulles qu'un joueur de champ intérieur puisse attraper la balle. Les distances sont tout simplement trop grandes. C'est de cette façon que les neutrinos réussissent à passer à travers la matière solide. Ils sont insensibles aux forces de cohésion qui agissent entre les autres types de particules pour former les atomes et les molécules. Avec un si faible pouvoir d'interaction avec les autres particules, ils peuvent traverser une planète entière comme si elle n'était pas là.

Wolfgang Pauli.
Gracieuseté de Fermilab.

Le physicien Wolfgang Pauli a été le premier à suggérer en 1930 l'existence des neutrinos. Il cherchait une façon d'expliquer pourquoi certains types d'interaction entre particules produisaient moins d'énergie qu'elles ne le devraient. Il a alors suggéré que l'énergie manquante était transportée par une particule encore inconnue – le neutrino. Il a aussi dit qu'inventer une nouvelle particule que personne ne pouvait détecter pour résoudre un problème constituait une "solution désespérée". La suggestion bien que radicale fut néanmoins acceptée parce qu'elle fonctionnait si bien. Les neutrinos furent finalement détectés dans un réacteur nucléaire en 1956.

Gracieuseté de NASA/JPL.

À cette époque, les scientifiques commençaient à comprendre toutes sortes de réactions nucléaires, incluant les importantes réactions qui produisent l'énergie dans le noyau du Soleil. Ils ont calculé que les neutrinos devraient jouer un rôle essentiel dans ces réactions et dans le transport d'une fraction de l'énergie du Soleil vers l'espace. À cause du fait qu'ils traversent le reste du Soleil très facilement, ces neutrinos solaires devraient nous permettre de mesurer directement ce qui se passe dans le noyau du Soleil.

Les premiers neutrinos solaires furent détectés dans le cadre d'une expérience compliquée impliquant une cuve géante située au fond d'une mine d'or et contenant une solution de nettoyage (les expériences sur les neutrinos se déroulent fréquemment à de grandes profondeurs dans les mines pour les protéger des rayons cosmiques). Ce fut un grand accomplissement mais aussi le début d'un sérieux problème car l'expérience détectait toujours trop peu de neutrinos par rapport aux prédictions. Des expériences subséquentes menèrent à la même conclusion: une fraction des neutrinos solaires manquait à l'appel.

L'Observatoire de neutrinos de Sudbury. Gracieuseté de SNO.

Le mystère fut finalement éclairci avec la construction de l'Observatoire de neutrino de Sudbury à Sudbury en Ontario. Cette expérience-phare a montré que sous les bonnes conditions, les neutrinos pouvaient changer d'un type à un autre. C'est de cette façon que certains neutrinos solaires sont arrivés à échapper à la détection au cours des expériences précédentes – ils se transformaient en un type de neutrino que ces expériences étaient incapables de détecter. Ce résultat signifie que les neutrinos peuvent avoir des comportements qui ne sont pas prédits par les théories actuelles de la physique des particules. C'est un indice supplémentaire indiquant qu'une théorie plus complète n'attend qu'à être découverte.

Entre temps, les astronomes espèrent qu'un jour, toutes les expériences de détection des neutrinos en opération sur la Terre s'allumeront soudainement indiquant ainsi qu'une énorme vague de neutrinos a traversé notre planète – une indication claire qu'une explosion supernova a eu lieu dans notre Galaxie, la Voie Lactée.

SN 1987a.
Gracieuseté de NASA, ESA, et R. Kirshner (CfA Harvard).

Une supernova représente la mort d'une étoile massive sous la forme d'une violente explosion. Il s'agit d'un des phénomènes les plus rares, les plus énergétiques et les plus intensément étudiés dans la nature. En 1987, une supernova découverte par Ian Shelton de l'Université de Toronto a été précédée par un sursaut de neutrinos. Elle était située dans une galaxie voisine de la Voie Lactée. Si nous sommes suffisamment chanceux pour qu'une supernova explose à une distance beaucoup plus petite, on s'attend à ce qu'un bien plus grand nombre de neutrinos soit détecté sur Terre. Ces neutrinos fourniront des informations cruciales sur les détails de l'explosion et alerteront les astronomes de la présence de la supernova bien avant qu'elle devienne visible.