Ces dernières années, certaines grandes expériences de physique du monde entier ont tenté de recueillir des preuves d’un processus nucléaire connu sous le nom de décroissance bêta à double bêta (0νββ) neutrinore. Il s’agit d’un processus rare qui implique la désintégration simultanée de deux neutrons dans un noyau en deux protons, sans entraîner l’émission de neutrinos, qui est plutôt associée à une double désintégration bêta standard.
L’observation de la désintégration bêta à double bêta neutrinole pourrait avoir des implications importantes pour l’étude de la matière et de l’antimatière. En fait, cela confirmerait que les neutrinos et leurs antiparticules (c.-à-d. Antineutrinos) sont en fait les mêmes, une hypothèse introduite pour la première fois par le physicien théorique Ettore majorana en 1937.
La collaboration AMORE (Advanced MO Rare Process Experiment), une grande équipe de recherche internationale, a recherché une double désintégration bêta à double bêta à l’aide de cristaux scintilants de molybdate fonctionnant à des températures Milli-Kelvin.
Dans un journal publié dans Lettres d’examen physiqueles chercheurs ont publié les résultats de leur recherche la plus récente, établissant de nouvelles contraintes qui pourraient guider les efforts futurs visant à observer ce processus nucléaire rare.
« Le neutrino est l’une des particules élémentaires du modèle standard. Il a été » inventé « par Wolfgang Pauli il y a environ cent ans et a découvert quelques décennies plus tard que cela », a déclaré à YooMin Oh, auteur correspondant du journal, à Phys.org.
« C’est la particule la plus abondante de l’univers, mais beaucoup de ses propriétés, y compris sa masse, sont toujours enveloppées et pas bien expliquées par le modèle standard. »
L’objectif principal de l’expérience Amore est de mesurer la masse des neutrinos et de répondre aux questions de recherche clés concernant la symétrie entre la matière et l’antimatière.
Pour y parvenir, la collaboration Amore a tenté d’observer la double désintégration bêta à double bêta à l’aide de molybdène-100 (100mo), un isotope radioactif de molybdène avec un nombre atomique de 42 et un nombre de masse de 100.
« Si le neutrino et son antiparticule (antinéutrino) sont les mêmes, comme le suggèrent d’abord par Majorana, le processus de décroissance pourrait se produire sans émettre de neutrinos », a expliqué Yoom.
« Parce que la probabilité d’une telle désintégration est vraiment faible, il faut essentiellement préparer une grande partie des isotopes en décomposition et attendre que le signal de désintégration soit détecté dans un environnement de fond faible. C’est ainsi que la plupart des mesures de décroissance bêta sont collectées, y compris celles que nous collectons dans le cadre de l’expérience Amore. »
Pour mener sa dernière recherche de décroissance bêta à double bêta neutrinole, la collaboration Amore a préparé plusieurs kg de molybdène, enrichis en 100mo, sous forme de cristaux scintillants. Une interaction particule dans ces cristaux produit un signal de chaleur et d’éclairage. Un système de détection à basse température encapsulant les cristaux était situé à 700 mètres sous terre au laboratoire souterrain de Yangyang en Corée.
« Nous avons effectué l’expérience AMORE-I avec la meilleure sensibilité à l’observation de la double désintégration bêta à double bêta de molybdène-100, mais nous n’avons trouvé aucun signal évident », a déclaré Yoomin. « Le résultat en arrière-plan nous a amené à fixer la limite la plus améliorée de la demi-vie de désintégration du MO-100. »
Les nouvelles limites que la collaboration AMORE fixées sur la double décomposition bêta neutrinore pourrait aider à mieux cibler les recherches futures de ce processus insaisissable.
Pendant ce temps, la collaboration AMORE prévoit d’effectuer d’autres recherches en utilisant des systèmes de détection dans un laboratoire nouvellement construit en Corée, surnommé Yemiab, qui est de 1000 m sous terre.
« La prochaine phase d’Amore, Amore-II, est en cours de préparation en yemilab pour commencer ses données à prendre un an », a ajouté Yoomin.
« Il est difficile d’utiliser environ 100 kg de détecteurs de cristal à base de molybdène dans un grand détecteur de température ultra-bas et d’obtenir un arrière-plan très faible en même temps. Cette expérience à venir sera l’une des recherches les plus sensibles de désintégration à double bêta neutrinole au monde. »
Plus d’informations:
A. Agrawal et al, limite améliorée de la double désintégration bêta neutrinoère de 100mo d’Amore-I, Lettres d’examen physique (2025). Doi: 10.1103 / PhysRevLett.134.082501. Sur arxiv: Doi: 10.48550 / arxiv.2407.05618
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