Les expériences d'"oscillations de neutrinos" permettent de mesurer les différences de masses entre les trois types de neutrinos connus : en se propageant sur de longues distances, un neutrino d'un type peut se transformer en un neutrino d'un autre type par un phénomène de nature quantique dit d'oscillation, dont la probabilité est liée à la différence de masses entre les deux types de neutrinos. Mais ce phénomène ne permet pas de déterminer directement la hiérarchie entre ces masses, c’est-à-dire : qui est le plus lourd ou le plus léger ?
La détermination de « la hiérarchie de masse » des neutrinos est justement l'objet de l’article "Synergies and Prospects for Early Resolution of the Neutrino Mass Ordering", publié le 30 mars 2022 dans Nature Scientific Reports par l'équipe Neutrinos d'IJCLab (pôle PHE), ainsi que par des membres de l'APC, le LNCA et SUBATECH, sous la responsabilité d'Anatael Cabrera (IJCLab, pôle PHE) avec Yang Han (thésard à l’IJCLab) et Hiroshi Nunokawa (professeur invité à IJCLab, Université PUC, Rio de Janeiro, Brésil). Cet article explore toutes les expériences d'oscillations de neutrinos dans le monde afin de déterminer lesquelles sont les plus pertinentes à combiner pour donner l'échelle de temps la plus courte possible à la découverte. Il se concentre sur les expériences en cours et à venir de la plus haute précision dans le monde, utilisant à la fois les neutrinos des accélérateurs et des réacteurs jusqu'au début de 2030.
Les auteurs ont constaté que la combinaison de l'expérience NOvA (expérience basée aux États-Unis, en cours), T2K (basé au Japon, en cours) avec l'expérience JUNO (basée en Chine, en cours de construction) devrait suffire à atteindre la première observation tant attendue du potentiel de découverte ≥ 5σ, donnant ainsi un aperçu fondamental de l'Univers avec de nombreuses ramifications dans le neutrino ultime imprévisible nature dans le modèle standard de la physique des particules.
Il s'agit d'un résultat surprenant car aucune expérience ne devrait atteindre une signification autonome de 5σ jusqu'à ce que DUNE (basé aux États-Unis, en construction) commence à prendre des données, probablement au début de 2030. Les informations supplémentaires provenant des neutrinos atmosphériques devraient augmenter les informations mises en évidence dans cette étude.