Travail sur le réseau de détecteurs au germanium dans la salle blanche du laboratoire souterrain du Gran Sasso. Crédit :J. Suvorov / Collaboration GERDA
Dans la quête pour prouver que la matière peut être produite sans antimatière, l'expérience GERDA au laboratoire souterrain du Gran Sasso en Italie recherche des signes de double désintégration bêta sans neutrinos. L'expérience a la plus grande sensibilité au monde pour détecter la désintégration en question. Pour améliorer encore les chances de réussite, un projet de suivi, LÉGENDE, utilise une expérience de désintégration encore plus raffinée.
Alors que le modèle standard de physique des particules est resté pratiquement inchangé depuis sa conception initiale, les observations expérimentales pour les neutrinos ont contraint la partie neutrino de la théorie à être reconsidérée dans son intégralité.
L'oscillation des neutrinos a été la première observation incompatible avec les prédictions, et prouve que les neutrinos ont des masses non nulles, une propriété qui contredit le modèle standard. En 2015, cette découverte a été récompensée par le prix Nobel.
En outre, il existe une conjecture de longue date selon laquelle les neutrinos sont des particules de Majorana :contrairement à tous les autres constituants de la matière, les neutrinos pourraient être leurs propres antiparticules. Cela expliquerait aussi pourquoi il y a tellement plus de matière que d'antimatière dans l'univers.
L'expérience GERDA est conçue pour examiner l'hypothèse de Majorana en recherchant la double désintégration bêta sans neutrino de l'isotope du germanium 76 Ge :Deux neutrons à l'intérieur d'un 76 Le noyau Ge se transforme simultanément en deux protons avec l'émission de deux électrons. Cette désintégration est interdite dans le modèle standard car les deux antineutrinos - l'antimatière d'équilibrage - sont manquants.
L'Université technique de Munich (TUM) est un partenaire clé du projet GERDA (GERmanium Detector Array) depuis de nombreuses années. Prof. Stefan Schönert, qui dirige le groupe de recherche TUM, est le conférencier du nouveau projet LEGEND.
Crédit :Collaboration GERDA
L'expérience GERDA atteint des niveaux de sensibilité extrêmes
GERDA est la première expérience à atteindre des niveaux de bruit de fond exceptionnellement bas et a maintenant dépassé la sensibilité de demi-vie pour la décroissance de 10 26 années. En d'autres termes, GERDA prouve que le processus a une demi-vie d'au moins 10 26 années, ou 10, 000, 000, 000, 000, 000 fois l'âge de l'univers.
Les physiciens savent que les neutrinos sont au moins 100, 000 fois plus léger que les électrons, les particules les plus lourdes suivantes. Leur masse exacte, cependant, est encore inconnu, et est un autre sujet de recherche important.
Dans l'interprétation standard, la demi-vie de la double désintégration bêta sans neutrinos est liée à une variante spéciale de la masse des neutrinos appelée masse de Majorana. Sur la base de la nouvelle limite GERDA et de celles d'autres expériences, cette masse doit être au moins 1 million de fois plus petite que celle d'un électron, ou en termes de physiciens, moins de 0,07 à 0,16 eV/c 2 .
En physique des particules, les masses ne sont pas spécifiées en kilogrammes, mais plutôt selon l'équation d'Einstein E=mc 2 :électron-volt [eV] divisé par la vitesse de la lumière au carré. Les électrons-volts sont une mesure de l'énergie. Cette convention est utilisée pour contourner des unités de masse insondables :1 eV/c 2 correspond à 1,8 × 10 -36 kilogrammes.
Conforme à d'autres expériences
En outre, d'autres expériences limitent la masse des neutrinos :la mission Planck fournit une limite à une autre variante de la masse des neutrinos :la somme des masses de tous les types de neutrinos connus est inférieure à 0,12 à 0,66 eV/c 2 .
L'expérience de désintégration du tritium KATRIN au Karlsruhe Institute of Technology (KIT) est mise en place pour mesurer la masse du neutrino avec une sensibilité d'environ 0,2 eV/c 2 dans les années à venir. Ces masses ne sont pas directement comparables, mais ils fournissent un recoupement sur le paradigme selon lequel les neutrinos sont des particules de Majorana. Jusque là, aucun écart n'a été observé.
De GERDA à LÉGENDE
Au cours de la période de collecte de données déclarée, Détecteurs exploités par GERDA avec une masse totale de 35,6 kg de 76 Gé. Maintenant, une collaboration internationale nouvellement formée, LÉGENDE, portera cette masse à 200 kg de 76 Ge jusqu'en 2021 et réduisez encore le bruit de fond. L'objectif est d'atteindre une sensibilité de 10 27 ans au cours des cinq prochaines années.
