En 2019<\/strong>, dans un myst\u00e9rieux laboratoire souterrain situ\u00e9 \u00e0 1,5 kilom\u00e8tre sous le massif du Gran Sasso<\/strong> en Italie<\/strong>, un d\u00e9tecteur de mati\u00e8re noire a \u00e9t\u00e9 t\u00e9moin d’une d\u00e9couverte extraordinaire : la d\u00e9sint\u00e9gration radioactive d’un atome de x\u00e9non-124<\/strong>. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne est notable non seulement pour sa raret\u00e9, mais aussi pour la fa\u00e7on dont il d\u00e9fie notre compr\u00e9hension du Temps. En effet, la demi-vie<\/strong> de ce x\u00e9non-124 est estim\u00e9e \u00e0 1,8 \u00d7 10\u00b2\u00b2 ans<\/strong>, soit 18 suivi de 21 z\u00e9ros, ce qui repr\u00e9sente un chiffre astronomique. Pour mettre cela en perspective, l’univers lui-m\u00eame n’a que 13,8 milliards d’ann\u00e9es<\/strong>, rendant le temps de d\u00e9sint\u00e9gration du x\u00e9non-124 un billion<\/strong> de fois plus long.<\/p>\n La notion de “demi-vie<\/strong>” est un concept fondamental en physique nucl\u00e9aire. Cela d\u00e9signe le temps n\u00e9cessaire pour que la moiti\u00e9 d’un \u00e9chantillon d’atomes d’une substance radioactive se d\u00e9sint\u00e8gre. Par exemple, le uranium-238<\/strong> a une demi-vie de 4,5 milliards d’ann\u00e9es<\/strong>. Dans le cas du x\u00e9non-124, cela signifie que pour qu’un groupe consid\u00e9rable d’atomes se d\u00e9sint\u00e8gre, il lui faudrait 18.000 trillions d’ann\u00e9es<\/strong>. Cependant, en ce qui concerne un atome individuel, sa d\u00e9sint\u00e9gration est un \u00e9v\u00e9nement compl\u00e8tement al\u00e9atoire, ne suivant aucune r\u00e8gle pr\u00e9visible.<\/p>\n Pour atteindre une telle pr\u00e9cision, les chercheurs ont utilis\u00e9 un r\u00e9servoir contenant 3,2 tonnes<\/strong> de x\u00e9non liquide ultrapur<\/strong>. Ce projet, connu sous le nom de XENON1T<\/strong>, a \u00e9t\u00e9 men\u00e9 au Laboratoire National du Gran Sasso<\/strong>. Le but principal de ce d\u00e9tecteur \u00e9tait de rechercher des particules hypoth\u00e9tiques appel\u00e9es WIMP<\/strong> (Particules Massives Interagissant Faiblement) li\u00e9es \u00e0 la mati\u00e8re noire.<\/p>\n Le laboratoire est con\u00e7u de mani\u00e8re \u00e0 \u00e9liminer toute forme de radiations cosmiques pour garantir la pr\u00e9cision des mesures. Ainsi, lorsqu’il a capt\u00e9 la d\u00e9sint\u00e9gration d’un atome de x\u00e9non-124, les scientifiques ont r\u00e9alis\u00e9 qu’ils assistaient \u00e0 un des \u00e9v\u00e9nements les plus rares jamais observ\u00e9s.<\/p>\n Il ne s’agit pas d’une exag\u00e9ration : cette r\u00e9alisation repr\u00e9sente un jalon dans le domaine de la physique exp\u00e9rimentale. La probabilit\u00e9 qu’un atome de x\u00e9non-124 se d\u00e9sint\u00e8gre en un an est consid\u00e9r\u00e9e comme n\u00e9gligeable<\/strong>. Pourtant, le d\u00e9tecteur contenait environ 10.000 billons de billons d’atomes<\/strong> de x\u00e9non dans les deux tonnes d’\u00e9chantillon analys\u00e9. Gr\u00e2ce \u00e0 ce nombre colossal, la probabilit\u00e9 qu’au moins un atome se d\u00e9sint\u00e8gre pendant la p\u00e9riode d’observation a consid\u00e9rablement augment\u00e9.<\/p>\n Durant 177 jours<\/strong> de collecte de donn\u00e9es, l’\u00e9quipe a r\u00e9ussi \u00e0 observer non pas un, mais 126 \u00e9v\u00e9nements<\/strong>, confirm\u00e9s comme des d\u00e9sint\u00e9grations de x\u00e9non-124, conform\u00e9ment aux mod\u00e8les th\u00e9oriques de la physique des particules, mais pratiquement ind\u00e9tectables<\/strong> dans la pratique.<\/p>\n La d\u00e9sint\u00e9gration du x\u00e9non-124 s’op\u00e8re lorsque son noyau capte simultan\u00e9ment deux \u00e9lectrons. Ce processus conduit deux protons \u00e0 se transformer en neutrons, changeant ainsi l’atome en t\u00e9lure-124<\/strong>. L’\u00e9nergie lib\u00e9r\u00e9e est absorb\u00e9e par deux neutrinos<\/strong>, qui \u00e9chappent \u00e0 toute d\u00e9tection.<\/p>\n Les photomultiplicateurs<\/strong> du XENON1T ont d\u00e9tect\u00e9 les cons\u00e9quences de cette d\u00e9sint\u00e9gration un total de 126 fois<\/strong>. Cela se manifeste par une cascade de rayons X<\/strong> et d’\u00e9lectrons Auger<\/strong>, g\u00e9n\u00e9r\u00e9s lorsque les \u00e9lectrons des couches sup\u00e9rieures du x\u00e9non-124 tombent pour occuper les trous laiss\u00e9s par les deux \u00e9lectrons captur\u00e9s. Cette signature \u00e9nerg\u00e9tique est le \u00ab flash \u00bb<\/strong> r\u00e9v\u00e9lant cet \u00e9v\u00e9nement d’une extr\u00eame raret\u00e9.<\/p>\n Les implications de cette observation vont bien au-del\u00e0 de la simple d\u00e9couverte. Bien que la recherche de mati\u00e8re noire n\u2019ait pas abouti, la d\u00e9tection a prouv\u00e9 que XENON1T peut capter des signaux extr\u00eamement faibles et rares, confirmant ainsi sa conception. L’observation fournit \u00e9galement des donn\u00e9es exp\u00e9rimentales essentielles pour tester et am\u00e9liorer les mod\u00e8les th\u00e9oriques qui d\u00e9crivent la structure et la stabilit\u00e9<\/strong> des noyaux atomiques.<\/p>\n Cependant, l’id\u00e9e derri\u00e8re cette d\u00e9couverte va m\u00eame plus loin : elle constitue un premier pas vers un objectif ambitieux : d\u00e9tecter des captures de double \u00e9lectron sans neutrinos. Si un tel processus hypoth\u00e9tique \u00e9tait observ\u00e9, cela d\u00e9montrerait que les neutrinos sont leurs propres antiparticules, connues sous le nom de particules de Majorana<\/strong>. Cela pourrait apporter des r\u00e9ponses essentielles au myst\u00e8re de la pr\u00e9valence de la mati\u00e8re sur l\u2019antimati\u00e8re dans notre univers.<\/p>\n Cette exp\u00e9rience au sein du XENON1T illustre le r\u00f4le essentiel de la recherche fondamentale en physique. Chaque d\u00e9couverte, quelle que soit sa port\u00e9e imm\u00e9diate, ouvre des portes vers de nouvelles questions et explorations, renfor\u00e7ant notre compr\u00e9hension des lois qui r\u00e9gissent notre cosmos.<\/p>\n<\/div>\nLes chiffres relatifs \u00e0 la demi-vie<\/h2>\n
La m\u00e9thodologie de l’exp\u00e9rience<\/h2>\n
Un \u00e9v\u00e9nement rare : les implications<\/h2>\n
La nature de la d\u00e9sint\u00e9gration<\/h2>\n
Les r\u00e9sultats et leur port\u00e9e<\/h2>\n