Skip to main content

Article Category

Article available in the folowing languages:

Surprendre un prestidigitateur cosmique en pleine action dévoilera de nouvelles informations sur l’énigmatique neutrino

Théoriquement, chaque particule de matière a une particule d’antimatière correspondante, mais nous observons beaucoup plus de matière que d’antimatière. L’hypothèse selon laquelle le mystérieux neutrino pourrait être son propre antineutrino permet de remédier à cette asymétrie, et, grâce à une capacité de détection accrue, elle pourrait bientôt être étayée par des données.

Recherche fondamentale

Les théories et les découvertes expérimentales du siècle dernier ont permis de mieux comprendre les (très peu nombreux) éléments fondamentaux de notre Univers, la matière dont tout est fait. Le modèle standard de la physique des particules, développé dans les années 1970, reste notre description la plus complète du monde des particules. Cependant, ce modèle standard présente des lacunes importantes et reconnues. Lancé avec le soutien des Actions Marie Skłodowska-Curie ou MSCA, le projet MELODIC apporte des informations uniques sur les neutrinos, sur la matière et l’antimatière, et sur la physique au-delà du modèle standard, contribuant ainsi à combler certaines de ces lacunes.

Vous le voyez? Vous ne le voyez plus!

Les particules et leurs antiparticules présentent des masses identiques et des charges égales mais opposées et s’annihilent les unes les autres lorsqu’elles se trouvent à proximité. Cela a des implications intéressantes pour le neutrino sans charge et beaucoup pensent désormais que ces particules énigmatiques peuvent agir à la fois comme matière et comme antimatière. L’un des meilleurs moyens d’étudier les antineutrinos serait de détecter une occurrence de la double désintégration bêta sans neutrinos (0νββ), dont l’existence restait jusqu’ici hypothétique. La double désintégration bêta (2νββ), un événement rare qui a été observé dans plusieurs isotopes, entraîne l’émission de deux électrons et de deux neutrinos. Neus López March, titulaire d’une bourse MSCA, explique: «0νββ est un processus hypothétique dans lequel un noyau atomique subit une désintégration radioactive avec l’émission de deux électrons et d’aucun neutrino. Cela ne peut se produire que si le neutrino est son propre antineutrino et que les deux particules s’annihilent mutuellement. L’observation de ce processus pourrait expliquer pourquoi il y a plus de matière que d’antimatière dans l’Univers, l’une des questions ouvertes les plus importantes de la physique des particules.»

Le brouillard se dissipe

Neus López March a entrepris d’améliorer la capacité de détection de 0νββ dans une chambre de projection temporelle (TPC) à haute pression au xénon en réduisant la diffusion des électrons, ce qui permet d’accroître la résolution et d’améliorer le rejet d’arrière-plan. 0νββ peut être identifiée en mesurant l’énergie des électrons libérés lors de la désintégration de l’isotope xénon-136 afin de savoir si le total s’élève à exactement 2,458 MeV, ce qui signifierait qu’aucune énergie n’a été emportée par des neutrinos indétectables. «Nous avons utilisé le xénon dopé à l’hélium pour diminuer la diffusion, en exploitant le fait que les électrons sont mieux refroidis par des collisions élastiques avec l’hélium qu’avec le xénon. Cela permet d’éviter que la trace d’ionisation ne devienne un nuage, ce qui améliore la détection. Ensuite, l’utilisation d’un réseau de photomultiplicateurs en silicium a fourni des informations topologiques permettant de distinguer les événements à deux électrons de ceux à un seul électron», ajoute Neus López March. En appliquant ces principes, l’équipe de physiciens et d’ingénieurs en mécanique et en électronique de Neus López March a conçu, construit et exploité le détecteur NEXT-DEMO++, un démonstrateur pour l’expérience sur les neutrinos avec une TPC au xénon au sein de l’IFIC, tout cela dans le cadre de la bourse de deux ans des MSCA.

Prêt pour la suite

Les résultats préliminaires du démonstrateur ont confirmé que la diffusion transversale est réduite d’un facteur 3 lors du dopage du xénon avec 15 % d’hélium. Une publication est en cours. Cette amélioration pourrait être exactement ce dont nous avons besoin pour observer enfin un acte de disparition des doubles neutrinos, apportant la preuve que les neutrinos sont aussi des antineutrinos, ce qui modifierait à jamais la description de notre univers de particules.

Mots‑clés

MELODIC, neutrino, xénon, matière, antimatière, double désintégration bêta, sans neutrino, électron, modèle standard, antineutrino, expérience sur les neutrinos avec une TPC au xénon (NEXT)

Découvrir d’autres articles du même domaine d’application