Un bassin d'eau pure dans lequel tombent de minuscules gouttes presque invisibles. Chacune laisse une ondulation à peine perceptible, et pour la capter, il faut des années de patience. C'est exactement à cela que ressemble la chasse aux neutrinos solaires dans le détecteur DEAP-3600 — un immense réservoir d'argon liquide caché profondément sous terre.
Les neutrinos sont les particules les plus insaisissables connues. Ils naissent au cœur du Soleil et nous traversent par milliards chaque seconde, n'interagissant presque avec rien. Mais parfois, l'un d'eux entre en collision avec un noyau atomique. Dans cette expérience, les physiciens cherchaient des événements où un neutrino issu de la désintégration du bore-8 (produit dans la chaîne de réactions thermonucléaires à l'intérieur du Soleil) est absorbé par un noyau d'argon-40. Ce faisant, le noyau se transforme en potassium-40 et émet un électron qui produit un éclair de lumière dans l'argon liquide. Après plus de sept tonnes-années de données accumulées (c'est comme si une tonne d'argon avait « écouté » le ciel pendant sept ans), six de ces éclairs ont pu être isolés.
Le résultat a surpris : la section efficace de la réaction (une mesure de la probabilité d'interaction) s'est avérée plus de deux fois supérieure à ce que prédisaient les calculs de 2009. Ce n'est pas une simple fluctuation statistique — la significativité du signal a atteint 4 sigma, soit une probabilité de coïncidence fortuite inférieure à un dix-millième. Les théoriciens vont maintenant devoir revoir les modèles décrivant comment le neutrino interagit avec les noyaux. Et le détecteur lui-même, initialement conçu pour rechercher la matière noire, a prouvé qu'il pouvait aussi servir d'oreille attentive aux particules solaires.
Ce bassin d'argon qui attendait depuis des années de rares visiteurs venus de l'espace a enfin entendu leurs voix — et ces voix résonnent plus fort que prévu. Nous savons désormais que les neutrinos solaires sont un peu plus enclins à dialoguer avec la matière, ce qui ouvre la voie à une compréhension plus précise des processus à l'intérieur des étoiles.
Pendant la prise de données, environ $10^{28}$ neutrinos ont traversé le détecteur, mais seuls six d'entre eux ont laissé une trace visible — c'est comme chercher six grains de sable précis sur toutes les plages de la Terre.
Dans le roman « Solaris » de Stanislas Lem, l'océan de la planète communique avec les humains par des signaux neutrinos — presque comme le détecteur DEAP-3600 écoute la voix silencieuse du Soleil.