Les neutrinos peuvent-ils être à la fois matière et antimatière ? Les physiciens ne le savent toujours pas, alors ils réalisent
Pourquoi avons-nous besoin de ces expériences ?
Les observations des astrophysiciens montrent que l'Universest presque entièrement constitué de matière, même si nous n’y voyons presque pas d’antimatière. Des expériences en laboratoire et dans des collisionneurs montrent qu'il est possible de créer à la fois de la matière et de l'antimatière à parts égales.
Le but de la théorie du Big Bang est d'expliquer le déséquilibrematière cosmique. Selon lui, la matière peut être générée sans antimatière dans un « petit bang », au cours d’un processus nucléaire ultra-rare appelé double désintégration bêta sans neutrinos.
Le groupe CUORE a publié dans la revue Naturearticle sur la façon dont elle a recherché ce type de désintégration en utilisant les isotopes du tellure. La désintégration n'a pas pu être détectée, mais les ingénieurs ont pu maintenir des conditions de température très basses et en même temps les instruments étaient très sensibles : cela nécessitait un fonctionnement stable de plus d'une tonne d'équipements expérimentaux à des températures cryogéniques proches de -273,149.
Qu'ont étudié les auteurs ?
L'objet de l'étude était une particule de neutrino.Ces particules sont partout. Un nombre infini de neutrinos traversent un doigt lorsqu’une personne lit cette phrase. Les neutrinos ne peuvent pas être détectés par l’électromagnétisme ou par de puissantes forces nucléaires. C’est pourquoi les particules peuvent traverser directement une personne et même la Terre.
Il existe de nombreux neutrinos, mais ils sont difficiles à étudier. Au début de leurs recherches, les physiciens pensaient que ces particules n’avaient pas de masse. Plus tard, il s'est avéré qu'il y avait une masse, bien qu'insignifiante.
Mais les scientifiques n’ont toujours pas répondu à une question :Un neutrino peut-il être à la fois matière et antimatière ? Chaque particule possède une antiparticule, c'est-à-dire les mêmes particules, constituées uniquement d'antimatière. Par exemple, les électrons ont des antiélectrons ou des positrons, les quarks ont des antiquarks et les neutrons et protons ont des antineutrons et des antiprotons. Mais une telle antiparticule n’a pas été trouvée pour les neutrinos.
Comment étudier les neutrinos ?
Pour comprendre si les neutrinos ont un antineutrino hypothétique, il faut essayer de reproduire un type possible de désintégration radioactive, c'est ce qu'on appelle la double désintégration bêta sans neutrinos.
La désintégration bêta elle-même est une forme courante de désintégration de certains atomes et peut convertir un neutron trouvé dans le noyau d'un atome en proton.
Si nous parlons de double désintégration bêta, alors c'estun phénomène plus rare. Dans ce cas, ce n’est pas un neutron qui fonctionne, mais deux. Au cours de ce processus, ils émettent deux électrons et deux antineutrinos. Les physiciens veulent donc essayer la double désintégration bêta sans neutrino pour voir si elle contient une antiparticule.
Comment s'est passé l'expérience ?
Les chercheurs du groupe CUORE ont annoncé début avril 2022 de nouveaux résultats de l'expérience. Les auteurs voulaient étudier la nature du neutrino.
L'équipe CUORE travaille au laboratoire INFN GranSasso, qui est protégé du monde extérieur par des murs et des pierres de 1,4 km d'épaisseur. Là, ils ont mené l’une des expériences les plus sensibles au monde pour étudier la double désintégration bêta sans neutrinos.
Les résultats des travaux de CUORE reposent sur une énormeensemble de données, il est 10 fois plus grand que toute autre expérience similaire. Jusqu'à présent, l'équipe n'a pas été en mesure d'observer la double désintégration bêta sans neutrinos, malgré l'équipement ultra-sensible. Au lieu de cela, les chercheurs ont découvert qu'en moyenne, il se produit dans un seul atome de tellure pas plus d'une fois tous les 22 000 milliards de milliards d'années. Cette information est très importante pour les nouvelles découvertes en physique des particules élémentaires.
« Au cours de telles expériences, nousnous poursuivons un objectif - comprendre comment la matière s'est formée », a déclaré Carlo Bucci, chercheur au Laboratoire national INFN du Gran Sasso (LNGS). Selon Roger Huang, chercheur postdoctoral au Laboratoire national Lawrence Berkeley du Département de l'énergie, les scientifiques recherchent un processus qui brise la symétrie de la nature.
"Si nous voyons une double désintégration bêta sans neutrinos,cela deviendra le processus le plus rare que les humains aient jamais enregistré. Sa demi-vie représente plus d'un million de milliards de fois l'âge de l'univers », a déclaré Danielle Speller, professeure associée à l'Université Johns Hopkins et membre du CUORE Physics Council.
Selon les chercheurs, bien qu'ilsn'ont pas réussi à fixer le processus tant attendu, ils sont satisfaits des résultats des travaux, en particulier du volet technique. La sensibilité du détecteur était incroyablement élevée : lorsque de forts tremblements de terre se sont produits au Chili et en Nouvelle-Zélande, les chercheurs ont vu cette activité sur le détecteur. Selon Laura Marini, chercheuse à l'Institut du Gran Sasso, ils ont pu observer les vagues se briser contre la mer Adriatique, à 60 km du laboratoire.
Comment de telles expériences seront-elles menées à l'avenir ?
Basés sur CUORE, ils vont créer la prochaine génération d'expériences. Le successeur de CUORE est CUPID. Il est déjà en cours de développement et devrait être 10 fois plus sensible que CUORE.
Lire la suite:
Après dix ans de travail, les scientifiques ont remis en question le modèle standard de la physique
Le MIT crée un moteur thermique stationnaire qui surpasse les turbines
Une startup a créé de minuscules robots qui fonctionnent dans le cerveau humain