Le détecteur de matière noire XENONnT capture le signal de neutrinos solaires le plus faible jamais observé

Nouvelles du 1er septembre : l'expérience de détection de matière noire XENONnT, située au Laboratoire national du Gran Sasso en Italie, a franchi une nouvelle étape. L'équipe de recherche de la collaboration XENON a annoncé que le dispositif a capté un signal de collision de neutrinos solaires de basse énergie jamais observé auparavant, abaissant le seuil d'énergie de détection des neutrinos à environ 17 kiloélectronvolts (keV). L'équipe de recherche estime que la probabilité que ce signal ne soit qu'une fluctuation statistique est inférieure à un sur un million.

Les neutrinos sont des particules élémentaires sans charge électrique et de masse extrêmement faible, pouvant être produits par les réactions de fusion nucléaire au cœur du Soleil, les explosions de supernovae, ainsi que par les processus de fission nucléaire dans les réacteurs. En raison de leur interaction extrêmement faible avec la matière, une grande quantité de neutrinos peut traverser la Terre, ce qui rend leur détection particulièrement difficile. Les détecteurs de neutrinos traditionnels se concentrent généralement sur les événements libérant une énergie importante lors des collisions, tandis que XENONnT a cette fois capté un signal de neutrinos solaires d'énergie extrêmement faible.

L'équipe de recherche a indiqué que l'énergie libérée par cette collision de neutrinos solaires de basse énergie est environ un milliardième de l'énergie des collisions de protons au Grand collisionneur de hadrons du CERN. Le signal détecté provient principalement des neutrinos produits par la réaction de fusion proton-proton (pp) à l'intérieur du Soleil. Cette réaction est un processus important dans la production d'énergie solaire, et les neutrinos pp constituent la grande majorité des neutrinos émis par le Soleil.

XENONnT était initialement conçu pour la recherche directe de matière noire particulaire dans la Voie lactée. Son dispositif central est une chambre à projection temporelle (TPC) au xénon biphasé, contenant 5,9 tonnes de xénon liquide d'ultra-haute pureté, installée à environ 1 400 mètres sous terre dans le massif du Gran Sasso en Italie. Le dispositif fonctionne en captant les faibles signaux lumineux et électriques produits lors des interactions entre les particules et les atomes de xénon.

La matière noire représenterait environ 85 % de toute la matière de l'univers, mais comme elle n'émet ni n'absorbe la lumière, elle n'a jamais été détectée directement à ce jour. Depuis longtemps, les expériences sur la matière noire ne cessent de réduire le bruit de fond et d'améliorer leur sensibilité. Ces résultats montrent que les technologies de détection sont désormais suffisamment sensibles pour observer des signaux de neutrinos de basse énergie auparavant insaisissables.

Les chercheurs ont également souligné qu'avec l'amélioration de la sensibilité des détecteurs de matière noire, les neutrinos solaires pourraient apparaître plus fréquemment dans les données de détection et devenir un facteur de bruit de fond difficile à éviter dans la recherche de matière noire. Les futures expériences devront accumuler des données sur de plus longues périodes et améliorer leur capacité à distinguer les signaux de neutrinos des signaux potentiels de matière noire.