Formé de nombreuses galaxies qui elles-mêmes contiennent pléthore de planètes et d’étoiles, notre univers ne cesse de nourrir la fascination des chercheurs. Parmi les découvertes qui ont fondamentalement modifié notre approche le concernant, on retrouve l’hypothèse sur sa nature extrêmement sombre, en grande partie dominé par l’énergie et la matière noire. Cette dernière qu’on appelle également « matière sombre » ou « matière transparente » a fait l’objet de différentes hypothèses sur sa composition : étoiles éteintes, multiples naines brunes, gaz moléculaire ou encore trous noirs. Et elle n’a pas encore livré tous ses secrets…
Une avancée notable
Grâce au détecteur de matière noire XENON1T logé dans les montagnes italiennes du Gran Sasso, les scientifiques ont enregistré l’un des évènements les plus rares jamais détectés : un type particulier de désintégration radioactive du xénon-124.
Pour mesurer l’ampleur de cet exploit, il faut noter que la désintégration de cet isotope est extrêmement lente. En fait, il a une demi-vie de 1,8 x 10 puissance 22 années – environ mille-milliards de fois plus longtemps que l’âge de l’Univers.
Dans la désintégration radioactive, la demi-vie représente le temps nécessaire pour que la moitié des noyaux atomiques d’un échantillon donné se modifie spontanément lors de l’un des nombreux types de désintégration radioactive, ceci implique souvent l’expulsion ou la capture de protons, de neutrons, et d’électrons dans de multiples combinaisons.
Dans cette étude, une équipe de chercheurs a réussi à observer un évènement dans lequel deux protons dans un atome de xénon capturaient en même temps deux électrons, avec comme résultat la production de deux neutrons. Ce phénomène spécial est appelé « capture à double électron » et est décrit par l’équipe comme « une multiplication d’une chose rare par une autre chose rare, la rendant ultra-rare. »
Cette observation hors du commun a pu avoir lieu grâce à l’étalonnage incroyablement précis de XENON1T, cet instrument a été fabriqué dans le but de détecter les interactions d’éventuelles particules de matière sombre avec des atomes dans les 1 300 kilogrammes d’isotope de xénon présents dans le réservoir de l’appareil.
Vers d’autres découvertes d’envergure
Mais dans ce cas précis, les capteurs qui étaient censés observer de telles interactions capturaient la désintégration de l’isotope lui-même, conduisant à une rare observation d’un genre différent.
« En fait, nous avons vu cette dégradation se produire », déclare l’un des chercheurs, Ethan Brown, de l’institut polytechnique Rensselaer (IPR) à New York. « C’est le processus le plus long et le plus lent jamais observé directement, et notre détecteur de matière noire était suffisamment sensible pour le mesurer. »
Ce qui se passe réellement, c’est que XENON1T arrive à détecter les signaux qu’émettent les électrons dans l’atome en se réorganisant pour remplacer les deux qui ont été capturés dans le noyau. Comme le signale Gizmodo, on ne peut pas vraiment considérer ceci comme une découverte, mais cela reste quand même incroyable.
Bien que XENON1T ait été conçu pour la détection de matière noire, il montre également comment ces appareils peuvent conduire à d’autres découvertes importantes. En effet, cette dernière observation pourrait nous en apprendre davantage sur les neutrinos, des particules abondantes, mais difficiles à détecter que les scientifiques cherchent depuis des décennies.
