L'expérience KATRIN (Karlsruhe Tritium Neutrino), considérée comme la « balance » la plus sensible du monde, est conçue pour mesurer la masse des neutrinos mais elle présente un fort potentiel pour débusquer d'éventuels nouveaux neutrinos (dits « stériles ») à partir d'une analyse fine du spectre de désintégration bêta du tritium (un isotope lourd de l'hydrogène).

Cette exploration a démarré à la suite de la découvertes d'anomalies du comportement des neutrinos. Selon la vision actuelle de ces particules fantomatiques, les neutrinos se transforment successivement en neutrinos électroniques, tauiques ou muoniques au cours de leur propagation (ils « oscillent »). Or plusieurs expériences – utilisant des neutrinos produits par des réacteurs nucléaires ou des neutrinos de source radioactive de chrome (Gallex) interagissant avec des atomes de gallium – révèlent des déficits de neutrinos inexpliqués dans ce cadre. Ces anomalies pourraient cependant être interprétées à l'aide d'une 4^e famille de neutrinos stériles, n'interagissant que par la seule gravité, et non plus par la force faible, comme les neutrinos connus.

Dans l'expérience KATRIN, l'existence d'un 4^e neutrino se traduirait par une distorsion du spectre d'énergie des électrons de la désintégration bêta du tritium. La signature serait une rupture en forme de coude dans le spectre lisse attendu.

La 2^e campagne de 2019 a passé au crible près de 4 millions d'électrons de la désintégration du tritium dont le spectre en énergie a été analysé dans la fenêtre couvrant les 40 derniers électronvolts. Aucun signal de neutrinos stériles n'a été observé et de nouveaux contours d'exclusion bien plus stricts que les précédentes expériences de désintégration bêta ont été dessinés.

Alors que les scientifiques anticipaient une clarification des anomalies des réacteurs à brève échéance, l'anomalie du gallium a récemment été réaffirmée en 2021. Désormais, seul un neutrino stérile assez lourd pourrait réconcilier l'ensemble des données.

Les nouveaux résultats de KATRIN n'utilisent encore qu'une modeste fraction des données qui seront disponibles à la fin de l'expérience, en 2024. Les incertitudes systématiques et le bruit de fond ont déjà été largement réduits pour les données acquises à partir de l'année 2020. Une évaluation de la sensibilité finale de KATRIN montre que la région d'intérêt des anomalies des réacteurs et du gallium sera entièrement examinée d'ici 2025.

KATRIN devient une des principales expériences de laboratoire en cours : largement exempte d'effets systématiques, elle est particulièrement sensible aux solutions encore non-exclues grâce à une analyse robuste des spectres.