Des neutrinos inhabituels peuvent ouvrir la porte au côté obscur

29/04/2021 à 08h00 CEST

Les neutrinos stériles hypothétiques peuvent être détectés avec des capteurs quantiques et confirment qu’il s’agit des particules qui composent la matière noire, a découvert une recherche dont les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Les neutrinos sont des particules subatomiques très particulières: elles ont une masse, mais très petites et difficiles à mesurer. Ils sont surprenants car la masse qu’ils contiennent n’est pas envisagée dans le modèle standard qui décrit le monde subatomique.

Il existe trois types ou saveurs de neutrinos: électroniques, muoniques et tauoniques, tous éprouvés expérimentalement. Les scientifiques soupçonnent qu’il doit y avoir un quatrième type, qu’ils ont appelé un neutrino stérile, car il n’interagirait jamais avec rien d’autre qu’un autre neutrino.

Le neutrino stérile n’a pas été vérifié expérimentalement, mais les scientifiques ont détecté des indications claires de sa présence et pensent que le modèle standard doit être étendu pour tenir compte de son existence.

Le modèle standard de la physique des particules est l’un des développements les plus importants de la science, mais de nombreux scientifiques pensent que ses limites actuelles doivent être dépassées pour développer une description plus complète de l’univers.

Neutrino stérile

Neutrino stérileBien que le neutrino stérile soit encore une particule hypothétique, son existence éventuelle a le potentiel de révolutionner la physique: il éclairerait sûrement un autre modèle standard plus complexe que l’actuel.

Comme ils n’interagissent pas avec la matière normale lorsqu’ils se déplacent dans l’espace, les neutrinos stériles sont difficiles à détecter, bien que le mois dernier une expérience au laboratoire Fermi ait obtenu de nouvelles preuves qu’ils pouvaient réellement exister.

Sur la base de ce résultat, qui confirme une expérience antérieure des années 1990, certains des neutrinos muoniques mesurés se transforment en neutrinos stériles avant de changer d’identité en neutrinos électroniques.

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Capteurs quantiques

Capteurs quantiquesUne nouvelle recherche, menée par le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et la Colorado School of Mines (USA), propose une nouvelle façon de prouver son existence, comme indiqué dans un communiqué.

Cette étude, dirigée par Stephan Friedrich, révèle que la désintégration nucléaire dans les capteurs quantiques à grande vitesse peut être utilisée pour détecter les neutrinos stériles.

La nouvelle expérience utilise des atomes de béryllium-7 radioactifs créés dans les installations du Centre national d’accélération des particules du Canada (TRIUMF). L’équipe de recherche implante ces atomes dans des supraconducteurs sensibles refroidis à un zéro presque absolu.

Cette expérience ne recherche pas directement les particules de matière noire. Au lieu de cela, il mesure la signature des atomes produits dans certaines désintégrations radioactives, qui seraient affectées par des particules de matière noire neutrino stériles.

C’est une méthode expérimentale puissante, car elle présuppose l’existence de ce nouveau type de particule, et pas seulement comment cette particule pourrait hypothétiquement interagir avec la matière normale. En ce sens, il représente une innovation importante par rapport aux méthodes développées jusqu’à présent pour rechercher des neutrinos stériles.

Écrémer la matière noire

Écrémer la matière noireSi ce système fonctionne, comme tout semble l’indiquer, nous pourrions non seulement vérifier l’existence de neutrinos stériles, mais aussi vérifier qu’ils ont une masse suffisante pour former la matière noire qui entoure les galaxies. Ils peuvent également expliquer pourquoi l’Univers contient plus de matière que d’antimatière.

Autrement dit, nous aurions trouvé le noyau de la matière noire, un type de matière qui n’est pas de l’énergie noire, ou de la matière ordinaire, ou l’un des trois types connus de neutrinos, mais qui occupe environ 80% de la matière dans l’univers. .

La matière noire est ainsi appelée non seulement parce qu’elle n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière, ni aucune autre forme de rayonnement, mais aussi parce qu’elle n’a pas de charge électromagnétique et n’interagit avec aucune autre forme de matière, sauf par gravité.

Son mystère augmente lorsqu’on vérifie que la matière noire n’est pas constituée des particules habituelles, comme les électrons, les protons ou les électrons, on a donc pensé qu’elle devait être formée par une particule non reconnue par le modèle standard: les neutrinos stériles sont les candidats favoris et maintenant il semble que nous sommes sur le point de confirmer leur existence et de découvrir le plus grand secret de la matière noire.

Référence

RéférenceLimites de l’existence de neutrinos stériles sub-MeV provenant de la désintégration du 7Be dans les capteurs quantiques supraconducteurs. S. Friedrich et coll. Phys. Rev. Lett. 126, 021803, 13 janvier 2021. DOI: https: //doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.021803

Photo du haut: Image composite de l’amas de galaxies CL0024 + 17 prise par le télescope spatial Hubble montrant la création d’un effet de lentille gravitationnelle. Cet effet est supposé être dû, en grande partie, à l’interaction gravitationnelle avec la matière noire. NASA, ESA, MJ Jee et H. Ford (Université Johns Hopkins).