NEMO

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 Ne pas confondre avec Neutrino Mediterranean Observatory (NEMO)

L'expérience NEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory) résulte d'une collaboration internationale scientifique, on peut citer en France: le CENBG (Centre d'Études Nucléaires de Bordeaux-Gradignan) ou encore le LAL (Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire). La collaboration recherche les désintégrations double bêta sans émission de neutrinos. L'observation de telles désintégrations serait la preuve que le neutrino est une particule de Majorana et pourrait être utilisée pour mesurer la masse des neutrinos. En réalité, on ne peut remonter qu'à la masse effective du neutrino, ce qui donne déjà une bonne idée de la masse. Elle se déroule dans le Laboratoire souterrain de Modane (LSM) dans le tunnel du Fréjus. La prise de données de NEMO3 a commencé en janvier 2003 et s'est arrêtée très récemment, le 18 janvier 2011.

Description

Le détecteur est un cylindre à 20 secteurs qui contiennent différents isotopes sous forme de feuilles minces avec une surface totale d'environ 20 m². Les principaux isotopes utilisés pour la recherche de désintégrations double bêta sont le molybdène-100 (environ 7 kg) et le sélénium-82 (1 kg). L'expérience comporte également de petites quantités de cadmium-116, néodyme-150, zirconium-96 et calcium-48. Des feuilles de tellure et le cuivre sont utilisées pour des mesures de bruit de fond.

Principe

Un détecteur de traces sur chaque face des feuilles détecte les électrons et positrons de la désintégration double bêta. Électrons et positrons sont identifiés par la courbure de leur trajectoire dans un champ magnétique. L'énergie des électrons est ensuite mesurée dans un calorimètre. Les autres expériences de ce domaine (EXO, CUORE, GERDA, etc.) sont purement calorimétriques, NEMO est la seule à identifier les particules, ce qui lui permet de réduire drastiquement son bruit de fond, mais limite la masse d'isotope par volume de détecteur.

Pour le processus de désintégration double bêta standard, deux neutrinos, qui ne peuvent être observés directement, prennent une partie de l'énergie réduisant ainsi la somme de l'énergie des particules émises électrons. Les neutrinos emportent une part d'énergie variable, ce qui aboutit à un spectre mesurable continu. Dans le cas d'une désintégration sans neutrino, les particules ont toute l'énergie de la désintégration. Aussi, la mesure du spectre d'énergie d'une telle réaction aboutirait à un pic à cette énergie. Cela prouverait que le neutrino est de Majorana, c'est-à-dire que neutrino et anti-neutrino sont identiques. Cela n'a jusqu'à présent jamais été observé.

Résultats

Concernant NEMO3, après 7 ans de prises de données, la limite inférieure de la demi-vie du processus double bêta sans neutrino du molybdène-100 est de 10²⁴ années. Selon les modèles nucléaires, cela correspond à une masse effective du neutrino inférieure à 0,5 - 1,0 eV.

Le futur

Actuellement, la collaboration travaille activement à la prochaine étape, SuperNEMO, expérience modulaire selon le même principe que NEMO-3 mais qui sera beaucoup plus massive. Plusieurs points demandent une R&D agressive, notamment l'enrichissement des feuilles sources, leur purification et le contrôle même de cette purification. D'autre part, il est important d'améliorer la résolution en énergie du calorimètre, afin de gagner en précision. La réduction du bruit de fond fait également l'objet de recherches. En effet, le radon (radioactivité naturelle) est une source importante de bruit de fond, qui imite le processus de la décroissance double bêta sans émission de neutrinos. SuperNEMO devrait fixer une limite inférieure de la demi-vie à 10²⁶ ans et une limite supérieure de la masse effective du neutrino à 50 meV.

Voir aussi

Liens externes

• Site officiel de l'expérience NEMO-3
• Site officiel de l'expérience SuperNEMO

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