Le modèle standard de la physique des particules ne représente que 20 % de la matière de l'univers. Les physiciens ont émis l'hypothèse que les 80% restants sont constitués de ce qu'on appelle la matière noire, qui est constitué de particules qui n'émettent pas, absorbent ou réfléchissent la lumière et ne peuvent donc pas être observés directement à l'aide d'instruments existants.

L'existence de la matière noire est indirectement déduite par les observations astronomiques de ses effets gravitationnels. Jusque là, les chercheurs n'ont pas pu observer directement ce type mystérieux de matière, mais ils ont introduit un certain nombre de modèles théoriques délimitant les «traces» possibles que la matière noire pourrait laisser lors de l'interaction avec des particules de modèle standard connues par le biais de forces inconnues, également appelées forces obscures.

Selon certains de ces modèles théoriques, la matière noire pourrait être indirectement observée en détectant les effets de ses interactions extrêmement rares avec la matière normale. Les données astronomiques récentes recueillies par le télescope Planck, lancé dans l'espace il y a plus d'une décennie et exploité par l'Agence spatiale européenne (ESA), fait allusion à l'existence d'un inactif (c'est-à-dire, stérile) type de neutrino de masse inférieure à l'échelle eV, qui pourraient être des candidats prometteurs pour la matière noire.

La collaboration RENO (Reactor Experiment for Neutrino Oscillation), un groupe de chercheurs de différents instituts en Corée du Sud, a récemment effectué une recherche de lumière, oscillations de neutrinos stériles sub-eV, qui était basé sur des données recueillies par deux détecteurs identiques situés en Corée du Sud au cours de 2200 jours. Alors qu'ils étaient incapables de détecter ces oscillations, leurs découvertes, Publié dans Lettres d'examen physique , pourraient éclairer les futures recherches de neutrinos stériles.

"Neutrinos stériles, s'ils existent, peuvent être mélangés à des neutrinos actifs et laisser ainsi des effets observables dans les données recueillies dans les expériences de neutrinos en réacteur, " Soo-Bong Kim, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. « Les expériences de RENO en Corée et de Daya Bay en Chine, qui utilisent des détecteurs multiples et identiques aux différents emplacements, ont des sensibilités suffisamment élevées pour tester les résultats de Planck."

Jusque là, les efforts expérimentaux visant à détecter des indices d'interactions de neutrinos stériles à l'échelle inférieure à l'eV n'ont pas permis de capter les signaux de ces particules insaisissables. Des découvertes antérieures semblent donc partiellement écarter la validité de l'hypothèse récente basée sur les données recueillies par le télescope de Planck. Pour confirmer ou infirmer pleinement cette hypothèse, les physiciens devront d'abord effectuer des recherches qui couvrent l'espace des paramètres restant, recueillir des mesures très précises.

Dans leur étude, Kim et ses collègues ont analysé une grande quantité de données recueillies par deux détecteurs identiques placés à ~ 300 m et ~ 1400 m à partir de six réacteurs situés à la centrale nucléaire de Hanbit, en Corée. Ces données ont été accumulées pendant huit ans, dans le cadre de l'expérience RENO. L'objectif principal de l'expérience RENO est de mesurer ou de fixer une limite sur ce que l'on appelle le paramètre de matrice de mélange de neutrinos θ ¹³ , qui est responsable des oscillations qui résulteraient du mélange entre différentes saveurs de neutrinos.

"Le grand échantillon de données nous permet de réduire les incertitudes liées aux fluctuations statistiques et notre configuration de deux détecteurs identiques est utile pour réduire considérablement les incertitudes associées aux systèmes et méthodes de mesure, " Kim a expliqué. " Ils ont considérablement amélioré la précision de la mesure du spectre d'énergie des neutrinos. Le mélange avec des neutrinos stériles non observables entraîne la disparition des neutrinos actifs dans les données, nous avons donc essayé de sonder les effets stériles des neutrinos en comparant les formes spectrales des deux détecteurs. »

Globalement, les travaux récents de Kim et de ses collègues confirment la possibilité d'effectuer des recherches de matière noire à l'aide d'instruments artificiels capables de mesurer les oscillations avec des niveaux de précision élevés. Jusque là, les chercheurs n'ont pu détecter aucune caractéristique significative pouvant résulter d'interactions stériles de neutrinos. Par conséquent, leurs découvertes suggèrent que si ces particules existaient, leurs interactions avec d'autres particules seraient extrêmement faibles.

"Les résultats recueillis par nous et par l'expérience Daya Bay Reactor Neutrino fournissent une feuille de route pour les futures mesures de précision visant à détecter les interactions de neutrinos stériles, " a déclaré Kim. "Nous prévoyons maintenant de poursuivre la recherche de neutrinos stériles à une échelle inférieure à l'eV. En outre, nous avons récemment rapporté les résultats d'une recherche de neutrinos stériles à l'échelle eV qui ont montré une indication intéressante de mélange avec des neutrinos stériles dans les spectres de neutrinos observés. Nous prévoyons de poursuivre ces efforts en utilisant le complexe de neutrinos du réacteur RENO. »

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