Techniques expérimentales pour déterminer la masse des neutrinos à l'aide de données cosmologiques et de laboratoire.La mesure de la masse des neutrinos est un défi central en physique des particules et en cosmologie. On a longtemps pensé que les neutrinos étaient sans masse, mais les expériences ont montré qu'ils oscillent entre les saveurs, ce qui implique qu'ils ont de minuscules masses. Déterminer l'échelle absolue de ces masses — et non seulement leurs différences — nécessite de combiner les expériences de laboratoire avec les observations cosmologiques. Les titres des corpus reflètent cette double approche : « Peser un fantôme » et « Désintégration du neutrino » pointent à la fois vers des mesures cinématiques directes et des contraintes cosmologiques indirectes.
La possibilité d'une masse pour le neutrino a été proposée dans les années 1950, mais la première preuve d'oscillations est venue en 1998 de l'expérience Super-Kamiokande. L'échelle absolue des masses reste inconnue, avec des limites supérieures actuelles autour de 0,8 eV provenant de KATRIN.
Les expériences de laboratoire comme KATRIN mesurent le spectre en énergie des électrons issus de la désintégration bêta du tritium, en cherchant une infime distorsion près du point final qui révèle la masse du neutrino. Les méthodes cosmologiques utilisent quant à elles l'empreinte des neutrinos sur le fond diffus cosmologique et la structure à grande échelle : comme les neutrinos massifs se déplacent lentement, ils suppriment la croissance des structures à petite échelle. La combinaison des deux approches resserre les contraintes, bien que des tensions entre les ensembles de données apparaissent parfois, comme le note « Pourquoi la cosmologie a-t-elle fissuré ? ».
Des masses précises pour les neutrinos sont cruciales pour interpréter les données cosmologiques, concevoir les détecteurs de nouvelle génération et comprendre l'évolution de l'univers primordial.
La somme des masses des neutrinos est si faible que tous les neutrinos de l'univers pèsent moins qu'un seul électron, et pourtant ils influencent encore la formation des galaxies.
| Ω_ν | variable | Neutrino density parameter — density parameter |
| h | variable | Dimensionless Hubble constant — hubble constant dimensionless |
| Σ m_ν | variable | Sum of neutrino masses — neutrino mass sum electronvolt |
| 93.14 | constante | Numerical factor converting eV to density parameter — neutrino density conversion = 93.14 electronvolt |
| L | variable | Net lepton number density — lepton number density metre per cubed metre |
| p | variable | Momentum vector — quantité de mouvement kilogram metre per second |
| f_ν | variable | Neutrino distribution function — distribution function |
| f_ν̄ | variable | Antineutrino distribution function — distribution function |
| ∫ | opérateur | Integration over momentum space — intégrale |
| d^3p | opérateur | Infinitesimal momentum space volume — volume element in momentum space |
| m^* | variable | Effective nucleon mass in the medium — masse effective kilogram |
| m | variable | Bare nucleon mass (in vacuum) — masse kilogram |
| \sigma | variable | Scalar meson field expectation value — champ scalaire |
| g_\sigma | constante | Coupling constant between nucleons and the scalar sigma meson — constante de couplage = varies (model-dependent) |
| μ | variable | mass per unit length of cosmic string — linear mass density kilogram per metre |
| G | constante | Newton's constant of universal gravitation — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 cubic metre per kilogram per second squared |
| m_Pl | constante | Planck mass, the fundamental mass scale in quantum gravity — masse de Planck = 2.176434e-8 kilogram |
