Le chapitre 14 ouvrait la description des forces nucléaires par une énumération des propriétés spectaculaires du neutrino. Il nous faut dire maintenant les neutrinos, puisque le Modèle standard comprend trois familles (ou saveurs) de leptons (électron, muon et tau). Mais nous n’en avons pas encore fini avec ces particules. En particulier, nous allons discuter deux questions restées en suspens dans le chapitre précédent : le changement de saveur et les expériences souterraines. Cela nous permettra de décrire un phénomène typiquement quantique : l’oscillation des neutrinos.
Jusqu’à la fin des années 1960, on pensait que la masse des neutrinos était nulle. Nous avons la preuve depuis l’expérience Super-Kamiokande de 1998 que c’est faux. Mais auparavant il y avait un indice indirect de cette erreur sous la forme de l’« énigme des neutrinos solaires » que nous allons maintenant décrire. Raymond Davis (1914-2006) était un chercheur persévérant : il a construit une expérience qui a fonctionné de 1968 à 1994. Son appareillage, constitué de 520 tonnes de liquide sensible, était enterré dans une mine pour ne pas subir le bruit de fond des rayons cosmiques. Il pensait détecter les neutrinos venant du soleil et fut effectivement le premier à le faire. Cependant, ses premières mesures indiquaient trois fois moins de neutrinos que ce qui était attendu par les modèles d’astrophysique nucléaire. D’autres expériences, elles aussi enfouies dans des mines ou sous des montagnes, mais utilisant un système de détection différent, confirmèrent pourtant son résultat…