Les neutrinos, des particules insaisissables qui interagissent à peine avec la matière, pourraient posséder une caractéristique révolutionnaire : ils pourraient être leurs propres antiparticules, un concept connu sous le nom de neutrinos de Majorana. Cette hypothèse, proposée pour la première fois par le physicien Ettore Majorana en 1937, demeure l'un des sujets les plus débattus de la physique des particules moderne.
L'existence des neutrinos a été initialement suggérée par Wolfgang Pauli en 1930 pour expliquer la conservation de l'énergie dans la désintégration bêta. Enrico Fermi a ensuite développé une théorie détaillée incluant les neutrinos, nommés pour leur taille réduite. Actuellement, trois types de neutrinos sont reconnus : les neutrinos électroniques, muoniques et tauoniques, chacun associé à ses particules chargées respectives.
Selon le modèle standard de la physique des particules, chaque particule a une antiparticule correspondante. Cependant, les neutrinos sont neutres, soulevant la possibilité qu'ils puissent être indiscernables de leurs antiparticules.
Si l'hypothèse de Majorana est validée, cela pourrait modifier considérablement notre compréhension de l'univers. Elle pourrait fournir des réponses au mystère de la prédominance de la matière sur l'antimatière, une question que le modèle standard peine à aborder sans introduire de nouvelles physiques.
Un des signaux les plus recherchés pour confirmer que les neutrinos sont des particules de Majorana est un processus rare connu sous le nom de désintégration bêta double sans neutrinos. Dans ce scénario, un noyau atomique émet deux électrons sans produire de neutrinos, ce qui n'est possible que si les neutrinos sont effectivement des particules de Majorana.
De nombreuses expériences à travers le monde tentent actuellement de détecter la désintégration bêta double sans neutrinos. Parmi les projets notables, on trouve :
EXO-200 et nEXO : L'expérience EXO-200 a recherché la désintégration bêta double sans neutrinos dans le xénon-136, tandis que son successeur, nEXO, promet une sensibilité accrue.
GERDA et LEGEND : Ces expériences se concentrent sur le germanium-76 et ont établi certaines des limites les plus strictes à ce jour.
KamLAND-Zen : Située au Japon, cette expérience utilise le xénon-136 dissous dans un détecteur à scintillation liquide et a donné des résultats significatifs dans la recherche de neutrinos de Majorana.
Bien que la désintégration bêta double sans neutrinos n'ait pas encore été observée, chaque nouvelle expérience améliore la sensibilité, rapprochant les chercheurs de la résolution de cette énigme fondamentale.
Si les neutrinos sont confirmés comme des particules de Majorana, les implications pour la cosmologie seraient profondes. Ils pourraient jouer un rôle clé dans la leptogénèse, un mécanisme qui pourrait expliquer la dominance de la matière dans l'univers par rapport à l'antimatière. De plus, cette découverte pourrait ouvrir la voie à de nouvelles physiques au-delà du modèle standard, suggérant l'existence de particules et de forces fondamentales supplémentaires.