Le CERN a pour mission d'étudier la structure ultime de la matière. Son domaine d'activité est la physique des hautes énergies, dite aussi physique des particules élémentaires.

Concrètement, le CERN conçoit, construit et fait fonctionner des accélérateurs de particules à hautes énergies ainsi que des détecteurs, qui sont les grands instruments scientifiques d'observation des particules nécessaires aux travaux de recherche. Ensemble avec des milliers de scientifiques dans le monde entier, qui poursuivent les études sur la composition sub-microscopique de la matière et sur les forces fondamentales, le CERN a beaucoup contribué a développer ce qu'on appelle le modèle standard (voir Figure 1).

Le modèle standard explique d'abord la composition de la matière ordinaire, donc des atomes et de leurs constituants: l'électron, une particule fondamentale, le proton et le neutron, tous deux composé de trois particules élémentaires, appelés quarks. De plus, le modèle standard contient tous les ingrédients nécessaires pour expliquer, d'une part, les particules découvertes dans les rayons cosmiques énergétiques, d'autre part, les particules produites par les accélérateurs, qui sont aussi celles présentes dans l'univers pendant les premières minutes après la naissance de l'univers, le "big bang ".

Parmi les particules subatomiques, les neutrinos sont les plus difficiles à étudier. Les neutrinos sont produits par la désintégration d'autres particules, par exemple des neutrons dans un noyau radioactif:

Ils sont neutres (pas de charge électrique) et leur probabilité d'interaction avec la matière est extrêmement faible. Ceci est bien illustré par le fait que chaque homme sur terre est traversé chaque seconde par la quantité énorme de 400'000 milliards de neutrinos provenant du soleil. Les neutrinos traversent notre planète avec une très faible probabilité d'interaction avec la matière, ce qui démontre en même temps leur innocuité et la difficulté de les intercepter dans une expérience de physique.

La difficulté de détecter les neutrinos explique, en partie, le mystère qui les entoure toujours en physique des particules. A présent, il est établi que les neutrinos ont soit une très petite masse, soit pas de masse du tout. Distinguer ces deux possibilités relève d'une importance capitale pour le modèle standard, mais aussi pour notre compréhension de l'évolution de l'univers. On sait que notre univers contient, en moyenne, environ 330 millions de neutrinos par mètre cube, mais seulement 0,5 proton par mètre cube. Si les neutrinos ont une masse, ils constitueront donc une partie de la "matière noire" des galaxies. L’univers pourrait ainsi avoir une gravité suffisante pour qu’un jour il arrête son expansion, puis se rétracte.

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