La chasse aux neutrinos stériles express
Le tritium radioactif se désintègre et émet un électron. Son énergie est presque toujours la même, mais parfois elle est un tout petit peu plus faible. Ce « manque à gagner » pourrait signifier qu'une autre particule cachée est née en même temps que le neutrino ordinaire.
Le modèle standard décrit trois types de neutrinos, mais les scientifiques soupçonnent l'existence d'un quatrième, le neutrino stérile. Il ne participe à aucune interaction, sauf la gravité, il est donc impossible à attraper directement. En revanche, on peut le déduire d'une cassure dans le spectre des électrons : comme s'il manquait une marche dans un escalier parfaitement régulier.
En quatre mois de fonctionnement, KATRIN pourra détecter une contamination par un neutrino stérile même si elle ne représente qu'un millionième de la population totale. C'est des dizaines de fois mieux que les recherches précédentes.
Si la cassure est trouvée, ce sera la première trace réelle d'une particule qui pourrait constituer la matière noire, cette substance invisible qui maintient les galaxies ensemble.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.23256
Sterile neutrinos in the keV mass range are a well-motivated extension of the Standard Model and viable dark matter candidates. Their existence can be probed in laboratory experiments, as the admixture of a sterile state would induce a characteristic kink-like distortion in the $$\beta$$-decay electron energy spectrum. The KATRIN experiment is designed to measure the effective electron neutrino mass with sub-eV sensitivity by analyzing the endpoint region of the tritium $$\beta$$-decay spectrum. Following the completion of its neutrino mass program, KATRIN will extend its physics reach to the search for keV-scale sterile neutrinos. This effort will be enabled by the TRISTAN detector, a newly developed silicon drift detector array optimized for differential measurements at high rates and energies well below the endpoint. In this article, we present the projected sensitivity of KATRIN to keV-scale sterile neutrinos using a dedicated simulation framework. With four months of detector livetime, KATRIN has the statistical power to probe mixing amplitudes at the level of $$|U_{e4}|^2 \sim 10^{-6}$$ for sterile neutrino masses in the (4$$-$$13) keV range, significantly extending the reach of previous laboratory searches. The major experimental systematic uncertainties investigated in this work reduces the sensitivity by a factor of 10$$-$$50 over the same mass range.
Le neutrino stérile doit son nom au fait qu'il est « stérile » vis-à-vis de l'interaction faible, la seule à laquelle participent les neutrinos ordinaires.