Pour la toute première fois, des physiciens ont pu observer un événement extrêmement rare dans l’univers. Grâce au détecteur de particules de matière noire le plus performant du monde, ils ont pu enregistrer la désintégration radioactive du xénon-124 ! Jusqu’alors, c’était une théorie, jamais montrée expérimentalement. Et cette observation étend encore nos connaissances des caractéristiques les plus fondamentales de la matière.

Xenon1T, le détecteur de matière noire le plus performant

En 1918, Albert Einstein évoquait dans ses notes une “constante cosmologique”, aujourd’hui connue sous le nom de matière noire ou d’énergie noire. On considère désormais que 95 % de la masse de l’Univers serait constituée de ce matériau invisible et inconnu.

Pour tenter de percer les mystères de cette matière insaisissable, des chercheurs ont construit Xenon1T. Cet équipement de 3,5 tonnes est le détecteur de particules de matière noire le plus performant qui existe à l’heure actuelle. Il est installé dans les sous-sols du Laboratoire national du Gran Sasso, en Italie.

Avec cet équipement, les chercheurs essayent d’enregistrer les brefs éclairs de lumière émis lors des interactions entre le xénon et les particules de matière noire. En théorie, le niveau de pureté d’image hors du commun de Xenon1T devait permettre de capturer d’autres phénomènes invisibles.

Et cela a été le cas, puisque les physiciens ont pu observer la désintégration radioactive du xénon-124 (124Xe). En théorie, l’isotope 124 du xénon devait subir une double désintégration bêta. Les chercheurs appellent ce phénomène la « double capture électronique avec émission de deux neutrinos ».

La double désintégration bêta du xénon-124, un phénomène extrêmement rare

Un atome comme le xénon est composé d’électrons qui gravitent autour d’un noyau. Ce dernier contient des nucléons, c’est-à-dire des protons et des neutrons. Les électrons ont une charge électrique négative, tandis que les protons ont une charge électrique positive égale. Quant aux neutrons, il n’ont pas de charge électrique : ils sont neutres.

Ici, le phénomène de double désintégration bêta se produit lorsque deux électrons sont capturés simultanément par le noyau du xénon. Alors, deux nouveaux électrons prennent leurs places, en orbite autour du noyau du xénon-124. Il s’agit donc d’un phénomène extrêmement rare, qui ne se produit que lorsque deux électrons se rapprochent ensemble du noyau.

Comme l’explique Ethan Brown, physicien : « Ce que nous avons observé, c’est la réorganisation des électrons autour du noyau concerné ». Le scientifique ajoute qu’il s’agit du processus « le plus long et le plus lent jamais observé directement ». En effet, ce phénomène est un processus réputé pour présenter une demi-vie dépassant l’âge de notre univers !

Cette demi-vie est estimé à 1.8E22 ans, soit quelque mille milliards de fois l’âge de l’Univers. Selon Curt Breneman, doyen de la School of Science de l’Institut polytechnique Rensselaer, cette observation fascinante « fait reculer les frontières de la connaissance des caractéristiques les plus fondamentales de la matière ».

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