NEMO - Définition

Introduction

L'expérience NEMO (Neutrino Ettore Majorana Observatory) résulte d'une collaboration internationale scientifique et recherche les désintégrations double bêta sans neutrino. 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. 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 devrait prendre fin en 2010.

Description

Le matériel est un cylindre à 20 secteurs qui contiennent différents isotopes sous la 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.

Résultats

Concernant NEMO3, après 5 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 du neutrino inférieure à 0,5 - 1,0 eV.

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.

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.