En 1998, les physiciens ont surpris les neutrinos en flagrant délit : la particule change de type en plein vol. Cela n'est possible que si elle a une masse. C'est devenu la seule preuve en laboratoire d'une physique au-delà du modèle standard. Mais combien pèse exactement un neutrino ? C'est toujours une énigme. Les expériences directes, comme le géant KATRIN en Allemagne, indiquent que la masse du neutrino électronique est inférieure à 0,45 électron-volt. Pour comparaison : la masse de l'électron est d'environ 511 000 électron-volts. La différence est comparable à celle entre un grain de sable et un camion.
Le cosmos dresse un tout autre tableau. Le rayonnement fossile (la lueur résiduelle du Big Bang) et la distribution des galaxies montrent que la somme des masses des trois types de neutrinos ne dépasse pas 0,056 électron-volt. C'est plusieurs fois moins que ce que le laboratoire autorise. Le problème, c'est que le « poids » cosmologique repose sur le modèle standard de l'Univers, avec une énergie noire constante. Or, des données récentes suggèrent que l'énergie noire pourrait avoir varié au fil du temps. Si c'est le cas, la masse des neutrinos déduite du cosmos pourrait être une illusion.
Les auteurs de la nouvelle étude ont emprunté une voie astucieuse. Ils ont analysé comment les données cosmologiques dépendent du modèle d'énergie noire et ont construit deux méthodes « protégées » pour mesurer la masse des neutrinos. La première méthode consiste à prendre en compte toutes les évolutions possibles de l'énergie noire et à obtenir quand même une contrainte : la somme des masses est inférieure à 0,152 électron-volt. La seconde consiste à abandonner complètement les données sur l'Univers tardif et à n'utiliser que le rayonnement fossile, ainsi que l'effet de lentille gravitationnelle (la courbure de la lumière par les objets massifs). Cette méthode donne une limite supérieure de 0,41 électron-volt aujourd'hui, et avec les futurs télescopes, jusqu'à 0,28 électron-volt.
Il est intéressant de noter que ces estimations plus « souples » tombent dans la plage de sensibilité des futures expériences terrestres, comme Project 8. Celui-ci vise à détecter la masse des neutrinos à un niveau d'environ 0,1 électron-volt. Ainsi, le cosmos et le laboratoire pourraient enfin se rencontrer sur une même échelle.
Les neutrinos interagissent si faiblement avec la matière qu'ils peuvent traverser une année-lumière de plomb sans toucher un seul atome.