Publié le 15 janvier 2026. Une énigme persiste dans le monde de la physique des neutrons : des mesures de leur durée de vie, réalisées par deux méthodes distinctes, divergent significativement depuis des décennies, malgré des efforts considérables pour lever le mystère. Des chercheurs du monde entier se sont réunis à l’Institut Paul Scherrer (PSI) pour faire le point sur cette anomalie.
- La durée de vie des neutrons libres est estimée à environ 880 secondes, mais deux techniques de mesure donnent des résultats différents d’environ 5 écarts types.
- Une réunion d’experts a eu lieu en septembre 2025 au PSI pour discuter des avancées et des perspectives de résolution de cette divergence.
- De nouvelles expériences, menées au LANL, au NIST, au J-PARC et au PSI, devraient apporter des éclaircissements dans les prochaines années.
Depuis les années 1960, la communauté scientifique s’efforce de déterminer avec précision la durée de vie des neutrons libres. Cette valeur, cruciale pour comprendre les processus fondamentaux de la physique nucléaire, est mesurée à l’aide de deux approches principales : la méthode du faisceau et la méthode du piège à bouteille magnétique. Or, les résultats obtenus par ces deux techniques ne concordent pas. Les expériences avec faisceaux donnent une valeur d’environ 888,1 ± 2,0 secondes, tandis que les pièges à bouteille magnétique indiquent 877,8 ± 0,3 secondes. Cette différence, représentant un écart d’environ 5σ (cinq écarts types), est statistiquement significative et suggère la présence d’une physique inexpliquée.
Le 13 septembre 2025, une quarantaine de chercheurs représentant toutes les expériences en cours sur la durée de vie des neutrons se sont réunis à l’Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse. L’objectif était de faire le point sur l’état actuel de la tension et de définir une stratégie pour la résoudre. Geoffrey Greene, de l’Université du Tennessee, a ouvert l’atelier en retraçant l’histoire des mesures de la durée de vie des neutrons sur les cinq dernières décennies.
La méthode du faisceau, expliquée par Fred Wietfeldt de l’Université de Tulane, consiste à analyser les produits de désintégration bêta des neutrons. Les protons émis sont collectés dans un piège magnétique et comptés, permettant de déduire la durée de vie des neutrons à partir du rapport entre le nombre de protons et le flux de neutrons. Les chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) à Gaithersburg ont réalisé des efforts considérables pour calibrer précisément les détecteurs de neutrons utilisés dans cette méthode.
Susan Seestrom, du Laboratoire National de Los Alamos, a présenté l’expérience UCNτ, actuellement la plus précise en matière de mesure de la durée de vie des neutrons. Cette expérience utilise la méthode du piège à bouteille magnétique pour confiner les neutrons ultra-froids (UCN) grâce à leur interaction magnétique et gravitationnelle. En comptant les neutrons survivants à différents moments, les chercheurs peuvent déterminer leur durée de vie. Une nouvelle phase de l’expérience, UCNτ+, est en cours de développement avec des objectifs statistiques accrus.
L’expérience SPECT, également basée sur le confinement magnétique des neutrons et menée au PSI, présente une approche différente. Comme l’explique Martin Fertl de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence,
« SPECT utilise une méthode à double rotation pour augmenter le remplissage UCN du piège purement magnétique, et un détecteur entrant et sortant du volume de stockage pour éliminer d’abord les neutrons légèrement plus énergétiques avant le stockage, puis mesure les neutrons survivants sur place après stockage. »
Kenji Mishima, de l’Université d’Osaka, a présenté une approche novatrice développée au J-PARC : la détection des produits de désintégration chargés dans une chambre de projection temporelle active. Les neutrons sont capturés dans un petit mélange de 3He, et la systématique de cette expérience est totalement différente des approches précédentes, ce qui pourrait apporter une contribution unique à la résolution de l’énigme.
Jusqu’à présent, les études menées n’ont pas permis d’expliquer la divergence entre les résultats obtenus par les différentes méthodes en invoquant des canaux de désintégration exotiques ou d’autres processus non standard. Cependant, de nouveaux résultats attendus du LANL, du NIST, du J-PARC et du PSI devraient permettre de clarifier la situation dans les années à venir et, espérons-le, de lever le mystère de la durée de vie des neutrons.