Le neutrino est une particule élémentaire exclusivement sensible à l’interaction faible qui existe sous trois saveurs distinctes. Certaines propriétés du neutrino excèdent le cadre explicatif du modèle standard, la théorie décrivant les particules élémentaires et leurs interactions. Parmi celles-ci figure le phénomène d’oscillation, par lequel un neutrino peut spontanément changer de saveur durant sa propagation, démontrant ainsi qu’il a une masse non nulle. Ces caractéristiques font du neutrino une sonde privilégiée pour explorer une physique au-delà du modèle standard, et sont susceptibles d’éclairer des questions majeures de la physique contemporaine, comme la nature de la matière noire ou l’asymétrie matière-antimatière dans l’Univers.
Cette soutenance exposera mes travaux consacrés à la détection et à la caractérisation des antineutrinos émis par les réacteurs nucléaires. Ces installations constituent les sources terrestres les plus intenses de neutrinos, offrant ainsi un cadre expérimental privilégié pour l’étude de leurs propriétés, dont le mécanisme d’oscillation. Une première partie présentera un état de l’art des mesures réalisées à courte et moyenne distance des réacteurs. Ces mesures ont permis une détermination précise du paramètre q13 d’oscillation des neutrinos, tout en révélant un déficit inattendu d’antineutrinos détectés, désigné sous le nom d’anomalie des antineutrinos de réacteur. Je détaillerai particulièrement mes contributions à la révision des prédictions théoriques des flux et des spectres d’antineutrinos émis par les réacteurs, travaux ayant contribués à écarter l’hypothèse d’une origine liée à l’existence de familles supplémentaires de neutrinos, dites stériles. La seconde partie dressera un bilan des avancées du projet NUCLEUS, que j’ai lancé au CEA/Irfu. Ce projet vise à démontrer la faisabilité d’une détection cryogénique des antineutrinos de réacteur par diffusion cohérente sur noyaux, un processus offrant des tests inédits du modèle standard et ouvrant une nouvelle voie pour la recherche de nouvelle physique aux très basses énergies. Cette approche pourrait, à terme, permettre une réduction significative de la taille des détecteurs, facilitant ainsi des applications comme le suivi et la surveillance à distance des réacteurs nucléaires par la mesure de leur flux d’antineutrinos. En conclusion, je proposerai des perspectives sur l’intégration de ces travaux dans le paysage actuel et futur de la physique des neutrinos, qu’elle soit fondamentale ou appliquée, soulignant leur potentiel pour les développements expérimentaux et théoriques à venir.
DPhP