Le neutrino est une particule élémentaire très légère et électriquement neutre, proposée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer l’énergie manquante dans certaines désintégrations radioactives. Pauli lui-même disait avoir fait une « invention terrible », car cette particule était presque impossible à détecter.

Ce n’est qu’en 1956 que le neutrino a été observé expérimentalement par Frederick Reines et Clyde Cowan. Cette découverte a valu le Prix Nobel de physique 1995 à Frederick Reines.

Dans les années 1990, un problème majeur est apparu : les scientifiques comprenaient très bien le fonctionnement du Soleil et les réactions nucléaires qui y produisent des neutrinos. Le flux de neutrinos solaires pouvait être calculé de façon très précise. Mais lorsqu’on mesurait ce flux sur Terre, on ne détectait qu’environ la moitié des neutrinos attendus.

Ce désaccord est devenu célèbre sous le nom de « problème des neutrinos solaires ». La théorie du Soleil semblait solide et les expériences de détection étaient elles aussi fiables. Le mystère venait de quelque chose de nouveau et inattendu dans la physique des neutrinos eux-mêmes…

Super-Kamiokande est la suite du détecteur Kamiokande, initialement conçu pour observer la désintégration éventuelle du proton. Situé à 1 000 mètres sous terre au Japon, il s’agit d’un gigantesque cylindre de 40 mètres de diamètre et 40 mètres de hauteur, rempli de 50 000 tonnes d’eau ultra-pure.

Ses parois sont recouvertes de plus de 11 000 photomultiplicateurs, des tubes sensibles à la lumière, capables de détecter les signaux extrêmement faibles générés par les neutrinos.

Lorsqu’un neutrino interagit avec un noyau d’eau, il peut produire une particule chargée qui se déplace plus vite que la lumière dans l’eau. Cette particule émet un cône de lumière appelé rayonnement Cherenkov, que les photomultiplicateurs enregistrent. L’intensité et la direction de cette lumière permettent aux scientifiques de reconstruire l’énergie et la trajectoire du neutrino.

En plus des neutrinos solaires, Super-Kamiokande peut observer les neutrinos atmosphériques, produits par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère. Ces neutrinos sont essentiellement de deux types (appelés saveurs) : ν_μ (muoniques) et ν_e (électroniques). Les théories prédisent un certain rapport entre ν_μ et ν_e, et ce flux peut être mesuré précisément.

Super-Kamiokande a découvert quelque chose d’inattendu : les neutrinos provenant du ciel (direction verticale vers le haut) apparaissent dans les proportions attendues, mais les neutrinos ν_μ qui traversent la Terre (provenant de la direction opposée) sont moins nombreux que prévu. Ce n’est pas parce qu’ils sont absorbés par la Terre — très peu le sont — mais parce que les neutrinos ν_μ oscillent en ν_τ sur de longues distances, ce qui les rend invisibles aux détecteurs sensibles seulement aux ν_μ. Les ν_e atmosphériques, eux, ne sont pratiquement pas affectés.

Cette oscillation, confirmée par une observation complémentaire au Sudbury Neutrino Observatory (SNO) au Canada, a été une découverte majeure de la physique des particules. Elle a révélé que les neutrinos ont une masse non nulle, une propriété inattendue qui a valu le Prix Nobel de physique 2015 à Takaaki Kajita et Arthur B. McDonald, respectivement pour les observations de Super-Kamiokande et SNO.

Nous cherchons d'ailleurs aujourd’hui à mieux comprendre la nature des neutrinos, à travers des expériences toujours plus ambitieuses, comme le futur détecteur Hyper-Kamiokande, qui promet d’affiner la mesure de leurs oscillations et de leurs différences de masse.

La pièce « Le paysage souterrain de la détection des neutrinos » de la collection « Dialogue entre mondes » a été inspirée par cette incroyable découverte. Elle a été finalisée en avril 2025, à l’issue d’une résidence artistique de Panni Margot, initialement en collaboration avec des équipes scientifiques de la Commission Nationale d’Énergie Atomique (CNEA - Argentine, 2023-2024) puis de l’Institut Technologique de Monterrey (TEC - Mexique, 2025). Ce processus a inclus des visites de laboratoires, des entretiens approfondis avec des chercheurs, ainsi qu’un travail collaboratif visant à traduire des concepts complexes de physique des neutrinos en une pièce de mode. La version conceptuelle peut être appréciée ci-dessous, empruntant des références au matériel expérimental (les nombreux et énormes tubes photomultiplicateurs utilisés comme senseurs de lumière par l’expérience Super-Kamiokande) :

La pièce finale fut conçue avec un tissu présentant des variations chromatiques du costume selon l’éclairage ou l’angle de vue, faisant ainsi référence au principal résultat de physique obtenu par l'observatoire Super-Kamiokande, l’observation de l’oscillation des saveurs de neutrinos :

La création a été présentée lors de la « Fashion Week » sur le campus de Guadalajara de l’Institut Technologique de Monterrey (avril 2025). Une stratégie d’évaluation qualitative a été mise en place, reposant notamment sur des questionnaires ouverts destinés à recueillir les perceptions, les changements d’attitude, ainsi que les expériences personnelles et les interprétations associées à des notions scientifiques. Les résultats, présentés dans la table ci-dessous, ont révélé une meilleure compréhension de termes tels que « neutrino » suite à l'événement, et ont confirmé que la majorité du public présent n’avait aucun lien préalable avec le monde scientifique: