La cuve au xénon et la cuve à vide pour la prochaine expérience de l'Observatoire du xénon enrichi (nEXO) ont été construites au Lawrence Livermore National Laboratory. L'expérience recherchera un processus nucléaire extrêmement rare appelé désintégration double bêta sans neutrinos (NDBD). Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Déterminer les caractéristiques de la particule insaisissable connue sous le nom de neutrino - grâce à l'observation d'un processus nucléaire extrêmement rare appelé désintégration double bêta sans neutrino (NDBD) - pourrait donner un aperçu de la nature de l'univers pendant les premiers instants du Big Bang.
Dans le cadre d'une collaboration internationale, Les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont proposé la prochaine expérience de l'Observatoire du xénon enrichi (nEXO), un candidat pour la prochaine génération d'expériences NDBD. S'il est découvert, NDBD démontrerait l'existence d'une nouvelle particule élémentaire, le fermion de Majorane. Cette découverte pourrait remodeler le modèle standard de la physique des particules et conduire à une meilleure compréhension des neutrinos et de leur impact sur l'évolution de l'univers. La recherche derrière l'expérience apparaît dans la revue Physical Review C.
Le NDBD est un processus théorique avec une demi-vie plus de 1016 fois l'âge de l'univers et pourrait aider à déterminer si les neutrinos sont leurs propres antiparticules et expliquer pourquoi, à partir de parts égales de matière et d'antimatière, l'univers a évolué vers son état actuel dominé par la matière.
La conception du détecteur nEXO - une chambre à projection temporelle (TPC) au xénon (Xe) liquide de 5 tonnes utilisant du 136Xe enrichi à 90 % - tire parti de la meilleure technologie pour la prochaine phase de la recherche NDBD.
L'expérience Enriched Xenon Observatory 200 (EXO-200) fournit la base des travaux actuels sur un détecteur plus sensible pour l'observation de la double désintégration bêta sans neutrinos (NDBD). Les fils de lecture EXO-200 et les photodiodes à avalanche utilisés pour mesurer la charge induite et collectée et la lumière de scintillation provenant de la désintégration des particules dans le récipient principal du détecteur sont illustrés ici. Crédit :SLAC National Accelerator Laboratory
« Une augmentation compétitive de 2 ordres de grandeur de la sensibilité de la demi-vie du NDBD par rapport aux expériences actuelles est possible » en utilisant le détecteur nEXO, a déclaré Samuele Sangiorgio, scientifique du LLNL, auteur principal de l'article. « Nous avons maintenant une grande confiance dans la conception et l'approche de nEXO, et nous pourrons mesurer cet événement rare."
Les scientifiques s'attendent à ne voir qu'une douzaine de désintégrations au cours d'une expérience d'une décennie. En raison de ce taux de signal très faible, les faux signaux provenant du rayonnement de fond et des rayons cosmiques doivent être supprimés autant que possible. « Comprendre les antécédents est essentiel pour justifier de manière convaincante une expérience NDBD, et est en effet l'un des principaux aspects du document, " a déclaré Sangiorgio.
