Un détecteur de matière noire capte les neutrinos les plus faibles jamais enregistrés

Un détecteur conçu pour trouver la matière noire a capté les neutrinos les plus silencieux jamais enregistrés. Lundi, la collaboration XENON a annoncé que son expérience XENONnT, enterrée à 1 400 mètres sous la montagne du Gran Sasso en Italie, a réussi la première observation de neutrinos solaires de basse énergie diffusés par des électrons, abaissant le seuil d'énergie des neutrinos à environ 17 keV, le plus bas jamais atteint.interactions+1

Le résultat affiche une confiance statistique de 5 sigma, ce qui signifie qu'il y a moins d'une chance sur un million qu'il s'agisse d'une anomalie. Le signal détecté est dominé par les neutrinos dits pp, produits lors des réactions de fusion proton-proton qui alimentent le Soleil et représentent la grande majorité de sa production de neutrinos.scientificamerican+1

Un détecteur de matière noire devenu observatoire de neutrinos

XENONnT a été conçu pour rechercher les particules massives interagissant faiblement, ou WIMPs, les principales candidates à la matière noire, qui constituerait environ 85 pour cent de la matière dans l'univers. Au cœur de l'expérience se trouve une chambre à projection temporelle au xénon à double phase contenant 5,9 tonnes de xénon liquide ultrapur, capable de détecter les minuscules éclairs de lumière et les signaux d'ionisation produits lorsqu'une particule interagit avec la cible.interactions+1

Après des décennies de perfectionnement, l'équipe XENON a supprimé le bruit de fond provenant du radon radioactif et d'autres contaminants à des niveaux sans précédent grâce à une sélection rigoureuse des matériaux et à un système de distillation cryogénique dédié. Cette sensibilité extrême, développée à l'origine pour repérer la matière noire, s'est avérée suffisante pour enregistrer les faibles collisions de neutrinos solaires qui avaient échappé à tous les instruments précédents.interactions

"C'est une étape importante pour contribuer à la physique des neutrinos de basse énergie", a déclaré Masatoshi Kobayashi, physicien à l'Université de Nagoya qui a co-dirigé l'analyse, cité par Scientific American.scientificamerican

Le brouillard de neutrinos approche

Cette réussite s'appuie sur la détection antérieure par XENONnT de la diffusion élastique cohérente neutrino-noyau provenant de neutrinos solaires bore-8 de plus haute énergie, rapportée pour la première fois en 2024. Ensemble, ces résultats confirment que le détecteur est l'un des observatoires les plus sensibles au monde pour les interactions rares de particules à basse énergie.link.aps+2

Mais cette étape importante comporte également une implication inquiétante pour les chasseurs de matière noire. À mesure que les détecteurs deviennent plus sensibles, les neutrinos solaires submergeront de plus en plus leurs données, créant un bruit de fond irréductible que les chercheurs appellent le "brouillard de neutrinos". "Ce résultat montre que nous atteignons vraiment le niveau de bruit de fond équivalent aux neutrinos", a déclaré Kobayashi à Scientific American.scientificamerican

La collaboration XENON a déclaré que les technologies développées pour XENONnT jettent les bases de XLZD, un observatoire au xénon liquide de nouvelle génération prévu avec une masse cible d'un ordre de grandeur supérieur, qui vise à pousser la sensibilité à la matière noire plus loin tout en mesurant les neutrinos solaires avec une plus grande précision.interactions

"C'est un signe puissant de la maturité technologique atteinte", a déclaré Luca Grandi, professeur à l'Université de Chicago et membre de la collaboration.scientificamerican