Les collaborations internationales T2K (Japon), dans laquelle l’Irfu est très actif, et NOvA (États-Unis) ont publié dans la revue Nature [1] leur première analyse conjointe des oscillations de neutrinos. Ces deux expériences d’oscillation de neutrinos à longue ligne de base, utilisant des faisceaux produits par accélérateurs, ont combiné leurs résultats pour exploiter la complémentarité de leurs distances de parcours et de leurs conditions énergétiques. Cette approche a permis de réduire l’incertitude sur la différence entre les masses des neutrinos à moins de 2 %. Bien que l’ordre des trois masses de neutrinos reste encore inconnu, les résultats indiquent que, selon cet ordre, l’amplitude de la violation de la symétrie CP, c’est-à-dire la différence de comportement entre particules et antiparticules, serait fortement contrainte. Cet accomplissement représente une étape importante vers la mise en évidence d’une violation de la symétrie CP dans le secteur des neutrinos et vers une meilleure compréhension de l’origine de l’asymétrie matière–antimatière dans l’Univers.
L’analyse conjointe repose sur dix années de données de T2K (collectées depuis 2010) et six années de données de NOvA (collectées depuis 2014), illustrant la force de la collaboration entre deux expériences internationales à la fois concurrentes et complémentaires. Cette initiative pionnière constitue une étape clé dans l’étude des propriétés fondamentales des neutrinos et prépare la voie aux prochaines générations d’expériences, notamment Hyper-Kamiokande et DUNE.
Les équipes de l’Irfu ont joué un rôle actif dans la construction du détecteur proche de T2K et ont contribué aux analyses d’oscillation, soulignant leur implication au cœur de ces avancées internationales.
Les derniers résultats de cette coopération, démarrée dès 2019, ont été publiés dans la revue Nature et fait l’objet d’une conférence de presse [1]. Les premiers indices de T2K sur l’asymétrie matière-antimatière (ou violation de CP) avaient déjà fait la couverture de Nature en 2020 [2].
Les deux expériences T2K [3] au Japon et NOvA [4] aux Etats- Unis sont les seules expériences d’oscillation de neutrinos de longue ligne de base en activité actuellement. Elles préparent aussi les futures expériences Hyper-Kamiokande [5] et DUNE [6] en construction au Japon et aux Etats-Unis également, qui prendront le relais dans quelques années.
Si la recherche de violation de CP dans le secteur leptonique est l’intérêt principal des recherches, d’autres études sont fondamentales, comme les tests du modèle d’oscillations standard à trois neutrinos, ouvrant une autre fenêtre sur la recherche de nouvelle physique.
La coopération de T2K et NOvA est une étape très importante même si les résultats de la première analyse ne permettent pas encore de trancher sur l’existence de la violation de CP. Cela sera probablement possible avec plus de données, puis avec la collaboration future des expériences Hyper-Kamiokande et DUNE. La mise en place de la méthodologie, des outils, et le travail commun et poussé de deux collaborations très différentes, est une grande première.
Comme l’exprime Tomáš Nosek [1] : « La collaboration T2K-NOvA n’est pas simplement la somme des deux collaborations T2K et NOvA. C’est beaucoup plus que cela. »
En effet plusieurs paramètres sont corrélés dans l’analyse des données d’oscillation, rendant plus difficile l’extraction des paramètres d’intérêt. Comme ces corrélations sont différentes pour T2K et Nova, l’analyse commune des données des deux expériences permet de mieux distinguer quel paramètre est à l’origine de tel effet observé sur les données.
Ceci est dû principalement aux différences entre les énergies des faisceaux de neutrinos dans les deux expériences, liées aux différentes de lignes de base (T2K : 295 km, NOvA : 810 km). Notamment l’énergie des neutrinos plus élevée de NOvA est source d’effets de matière beaucoup plus importants que dans T2K ; ces effets de matière sont utiles pour déterminer l’ordre des masses des neutrinos, paramètre important, auquel T2K est sensible mais pas suffisamment pour le déterminer. Mais ces effets de matière peuvent aussi mimer des effets de violation de CP, et T2K étant peu exposé aux effets de matière, peut aider NOvA à distinguer effets de matière et violation de CP.
Les différentes énergies des faisceaux de neutrinos de T2K et NOvA engendrent différents types d’interactions de neutrinos ; les détecteurs de T2K et NOvA sont conçus différemment et adaptés à la mesure des types d’interaction de neutrinos observés. L’association des deux expériences permet de mieux comprendre l’impact de la connaissance de ces interactions sur l’interprétation des données. Cette connaissance précise est primordiale pour que les incertitudes systématiques ne limitent pas la précision des résultats. Les techniques d’analyse sont également différentes, et la mise en commun des deux expériences permet un meilleur éclairage et une vérification mutuelle, ainsi qu’une meilleure robustesse et un enrichissement des résultats.
Les équipes de l’Irfu sont impliquées dans les expériences T2K, Hyper-Kamiokande et DUNE. Récemment le détecteur proche de T2K a été mis à niveau avec une importante contribution de l’Irfu pour les TPC horizontales qui permettront de mieux reconstruire les interactions de neutrinos et réduire les incertitudes systématiques [7]. Ce détecteur proche contribuera également à l’expérience Hyper-Kamiokande dans laquelle l’Irfu est impliqué [8].
Références
Communiqué de presse : https://www.kek.jp/wp-content/uploads/2025/10/pr202510230000t2knova_en.pdf
[1] Joint neutrino oscillation analysis from the T2K and NOvA experiments, Nature volume 646, pages 818–824 (2025), [2510.19888] Joint neutrino oscillation analysis from the T2K and NOvA experiments
[2] Où est passée l’antimatière ? Les neutrinos apportent un éclairage sur ce mystère cosmique
[3] https://t2k-experiment.org/fr/
[4] https://novaexperiment.fnal.gov/
Liens des pages publiques de HyperK et DUNE
[5] https://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/en/hk/
[6] https://www.dunescience.org/
[7] T2K a achevé la jouvence de son détecteur proche ! & T2K sur la piste de l’antimatière manquante dans l’univers : acte deux !