Une étoile massive épuise son carburant – et son cœur s'effondre en une fraction de seconde. Une supernova naît, accompagnée d'une pluie de neutrinos brève mais intense. Ces particules interagissent à peine avec la matière, elles s'échappent donc librement, emportant l'information sur la catastrophe. Mais sur un trajet de milliers d'années-lumière, leurs transformations d'un type à l'autre pourraient être modifiées par un nouveau champ à longue portée.

Les auteurs de l'étude ont examiné des particules ultralégères hypothétiques, associées à différents types de leptons (électrons, muons, neutrinos tau). Ces particules créent un champ qui, sur de vastes distances, peut interférer avec les oscillations des neutrinos du modèle standard. Ils ont pris une variante concrète de la théorie – sans anomalies – et ont calculé comment le signal de l'éruption de neutronisation (le premier pic de neutrinos lors de l'effondrement) serait déformé dans le détecteur DUNE. Il s'agit d'un réservoir de 40 kilotonnes d'argon liquide, qui capture les rares collisions de neutrinos avec les atomes.

Il s'avère que si le champ à longue portée est comparable en intensité aux oscillations ordinaires du vide, la survie des neutrinos électroniques change sensiblement. Cela se répercute sur le temps d'arrivée et l'énergie des particules dans le détecteur. Les distorsions peuvent être remarquées même pour un événement unique, si une supernova explose assez près – par exemple, l'étoile Bételgeuse dans la constellation d'Orion. Cette méthode complète la recherche de nouvelles forces, invisibles dans les expériences de laboratoire.

Le champ à longue portée agit ici comme une main invisible qui pousse légèrement les neutrinos tout au long de leur trajet. Sans lui, les particules se transforment selon un scénario ; avec lui, selon un autre. Et si un jour le détecteur DUNE enregistre un signal qui ne ressemble pas au tableau standard, les astrophysiciens obtiendront une clé pour la physique au-delà du modèle standard.