Des particules à peine présentes, appelées neutrinos, ont été surprises en train d'agir encore plus éthérées.
Avec des masses minuscules et aucune charge électrique, les particules subatomiques interagissent rarement avec quoi que ce soit, ce qui les rend difficiles à détecter. Les scientifiques ont maintenant repéré des neutrinos avec des énergies inférieures à celles qu'ils ont vues auparavant. Et ils l’ont fait en utilisant un détecteur destiné à un tout autre usage.
XENONnT, du Laboratori Nazionali del Gran Sasso en Italie, est conçu pour rechercher la matière noire, la substance mystérieuse nécessaire pour expliquer le comportement des galaxies à travers l'univers. Il n’en a pas encore trouvé, bien qu’un détecteur similaire ait détecté un indice alléchant. Ce qu’il a découvert, ce sont des neutrinos – des centaines d’entre eux, rapportent les chercheurs dans un article soumis le 29 août à arXiv.org.
Les neutrinos naissent en grand nombre dans le Soleil : environ 100 milliards d’entre eux traversent votre ongle du pouce chaque seconde. Certains de ces neutrinos solaires devraient interagir dans XENONnT. Les chercheurs se sont donc lancés à la chasse aux neutrinos.
L’équipe a trouvé des preuves de neutrinos frappant les électrons à l’intérieur du détecteur, produisant une lumière révélant leur présence. C'est la première fois qu'un détecteur de matière noire repère des neutrinos sur la base de leurs singeries en matière de bousculade électronique. La détection a satisfait à un critère statistique de 5 sigma, que les physiciens considèrent généralement comme le seuil d'une détection définitive.
D’autres détecteurs de matière noire ont vu des indices de ce processus. En juillet, PandaX-4T, au laboratoire souterrain China Jinping à Liangshan, a détecté des neutrinos de basse énergie, mais avec une signification statistique d'environ 2,2 sigma – pas suffisamment pour que la détection soit sûre.
Les neutrinos ont des énergies aussi basses que 17 kiloélectronvolts. Cela représente environ un dixième de l’énergie des neutrinos les plus faibles détectés précédemment. Les nouveaux neutrinos de basse énergie sont produits lors de la principale réaction de fusion qui alimente le Soleil, dans laquelle deux protons fusionnent pour former un noyau atomique plus grand.
Ces particules pourraient porter les secrets du soleil. Avec un détecteur proposé plus avancé, «nous espérons pouvoir extraire des connaissances précieuses sur la composition du soleil», déclare Florian Jörg, physicien de XENONnT, de l'Université de Zurich.
En 2024, XENONnT a observé des neutrinos solaires de plus haute énergie, tout comme PandaX-4T. Ces neutrinos sont des sous-produits d’un type de réaction de fusion différent, moins prédominant, ce qui les rend moins nombreux, mais plus faciles à repérer. Les détecteurs peuvent détecter ces neutrinos de plus haute énergie qui interagissent avec un noyau entier au lieu d’un seul électron.
La signature d’un neutrino de basse énergie rebondissant sur un électron se confond facilement avec des hordes d’autres interactions qui peuvent l’imiter, appelées bruit de fond. « La difficulté est de retirer les aiguilles de neutrinos de la botte de foin », explique Kate Scholberg, physicienne des neutrinos de l'Université Duke, qui n'a pas participé à l'étude. Les chercheurs « semblent avoir fait un travail plutôt héroïque sur ce point ».