25 ans, une bascule : des neutrinos vont-ils vraiment plus vite que la lumière, réfutant Einstein ?

Un communiqué du Cern vient de rappeler que le 20 juillet 2026, une publication dans la revue Science annonçait la démonstration de l'existence des neutrinos, des particules de matière élusives et toujours mystérieuses, qui font régulièrement l'actualité en physique des hautes énergies et en astrophysique, voire en cosmologie.

C'est une bonne occasion de se rappeler aussi que pendant ses 25 ans d’existence, Futura a suivi cette actualité en publiant plusieurs articles à leur sujet. Et d'autres aussi, plus généraux, sur ces fantomatiques particules, dont on a parfois pensé qu'elles pouvaient dépasser la vitesse de la lumière ou trahir le fait que notre Soleil était déjà presque éteint, même s'il faut un million d'années aux photons produits en son cœur par des réactions thermonucléaires pour atteindre la surface de notre étoile. Or, un neutrino pourrait traverser une année-lumière de plomb solide avant d'être arrêté et le Soleil en envoie 100 000 milliards à travers notre corps à chaque seconde.

Olivier Drapier, chercheur au laboratoire Leprince-Ringuet de l’École polytechnique, CNRS, nous parle des neutrinos, ces particules de matière que l'on peut utiliser pour étudier les étoiles et l'Univers. © École polytechnique

Les neutrinos, de Pauli à Fermi

Rappelons que la particule que nous appelons de nos jours « neutrino électronique » a été postulée en 1930 par Wolfgang Pauli, futur prix Nobel de physique, dans une lettre adressée aux « Dames et messieurs radioactifs » réunis lors d'une conférence à Tübingen. Quand on faisait le bilan en énergie d'une certaine réaction nucléaire avec une désintégration bêta radioactive, sa conservation semblait être violée. Cette hypothèse ne gênait pas outre mesure le grand Niels Bohr, autre prix Nobel de physique et l'un des fondateurs de la mécanique quantique, qui l'avait déjà utilisée, sans succès, pour tenter de se passer des photons d'Einstein dans le cadre de la défunte théorie dite de Bohr–Kramers–Slater (BKS).

Pauli n'était pas de cet avis et il préférait penser qu'une nouvelle particule alors inconnue avait emporté l'énergie qui semblait manquante dans la réaction considérée. Mais pour lui, il s'agissait tout de même d'une hypothèse un peu folle scientifiquement car presque non testable. Il fallait en effet admettre que la nouvelle particule n'avait pas de masse et pas de charge, donc en pratique probablement indétectable !

Quelques années plus tard, après  la découverte du neutron par Chadwick en 1932, c'est au tour d'Enrico Fermi de proposer l'existence d'une nouvelle force dans la nature derrière la désintégration radioactive bêta, la force nucléaire faible. Il en donne une première description, mais en faisant intervenir la particule de Pauli qu'il appelle un « neutrino », ce qui en gros veut dire « un petit neutron » en italien.

Frederick Reines (à gauche) et Clyde Cowan aux commandes de l'expérience de Savannah River, où ils furent les premiers chercheurs à détecter des neutrinos en 1956. © DP

Une détection grâce à l'antimatière

Au début des années 1950, aux États-Unis, Clyde Cowan, Frederick Reines et leurs collègues découvrent que la théorie de Fermi permet de tester l'existence du neutrino en utilisant un détecteur adéquat proche d'un réacteur nucléaire produisant localement un flux intense de neutrinos, plus précisément d'antineutrinos, des particules d'antimatière. L'expérience à ce sujet débute en 1953 et les résultats finaux seront donc publiés en 1956.

L'idée de départ est que lors des processus de désintégration bêta dans le réacteur nucléaire, des antineutrinos sont produits et vont taper dans les protons d'un réservoir d'eau. Ces derniers vont se transformer en neutrons avec émission d'antiélectrons, lesquels vont s'annihiler avec les électrons du réservoir en donnant des photons gamma caractéristiques que l'on peut détecter.

La physique du neutrino va se complexifier par la suite, notamment parce qu'on va découvrir qu'il en existe trois types, et peut-être plus avec de la nouvelle physique, types qui prennent place dans une nouvelle théorie des forces nucléaires faibles, notamment dans les travaux de Steven Weinberg.

Des neutrinos franchiraient le mur de la lumière...

Depuis des dizaines d’années, certains chercheurs soupçonnent que les neutrinos peuvent dépasser la vitesse de la lumière. Il semble que ce soit bel et bien le cas d’après les observations conduites par des membres de la collaboration Opera. Si la découverte se confirme, nous sommes à la veille d’une révolution majeure en physique théorique.... Lire la suite

Une réfutation de la théorie de la relativité restreinte ?

Ces types se transforment les uns dans les autres continuellement, de sorte qu'un faisceau de neutrinos d'un type produit par des collisions de protons avec une cible fixe va générer un faisceau de neutrinos dont la composition varie sur des milliers de kilomètres de distance de façon mesurable. C'est ce que l'on va chercher à mesurer et qui va conduire aux fameux résultats retentissants du détecteur Opera en septembre 2011.

Pendant quelque temps et malgré de nombreuses vérifications des mesures, des neutrinos semblaient se déplacer plus vite que la lumière, ébranlant les fondations de la physique et accréditant alors certaines théories spéculatives.

Nous vous proposons de revivre la saga des neutrinos transluminiques dans l'ordre chronologique en relisant les articles publiés alors par Futura.

Dernières nouvelles des neutrinos "transluminiques"

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Neutrinos transluminiques : des doutes sur les résultats d'Opera

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Non, les neutrinos ne vont pas plus vite que la lumière !

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