Une étude, dont les résultats intitulés «Observation of two-neutrino double electron capture in ¹²⁴Xe with XENON1T» ont été publiés dans la revue Nature, a permis, grâce au Xenon 1T, d'observer directement, pour la première fois, la désintégration radioactive du xénon ¹²⁴Xe.

Notons tout d'abord que Xenon 1T «est le petit nom que les physiciens donnent au détecteur de particules de matière noire le plus performant» existant à l’heure actuelle, qui est installé au «Laboratoire national du Gran Sasso (Italie) depuis fin 2015». Il doit ses performances «aux infinies précautions prises pour aboutir à un bruit de fond incroyablement faible pour un détecteur de cette taille».

Sa mission est d'enregistrer «les infimes éclairs de lumière que produiraient des particules de matière noire interagissant avec le xénon contenu dans la cuve du détecteur». Ce qui n’avait pas nécessairement été imaginé, «c’est que la finesse de Xenon 1T permettrait de capter d’autres phénomènes qui échappaient jusqu’alors aux observations», en particulier, «la désintégration radioactive du xénon-124 (¹²⁴Xe)».

En fait, «la théorie prévoyait bien que l’isotope 124 du xénon devait subir une double désintégration bêta (*) par ce que les physiciens appellent une double capture électronique avec émission de deux neutrinos». Comme «la demi-vie du ¹²⁴Xe est estimée à 1,8.10²² ans». («la bagatelle de quelque mille milliards de fois l’âge de l’univers»), jusqu'ici «aucun laboratoire n’avait pu le montrer expérimentalement».

Concrètement, il a été observé qu'au cœur d’un noyau de xénon, «un proton s’est transformé en un neutron». Cela se produit «lorsqu’un électron est capturé par le noyau». Cependant, «dans le cas du ¹²⁴Xe, le noyau doit capturer simultanément deux électrons» («les physiciens parlent de double capture électronique»), mais, pour que cela se arrive, «il faut que les électrons se rapprochent ensemble du noyau, au bon moment», ce qui «est extrêmement rare».

L'observation réalisée est, en fait, «la réorganisation des électrons autour du noyau concerné». En effet, «lorsque deux électrons quittent le cortège pour rejoindre le noyau, deux autres électrons prennent nécessairement leur place sur l’orbite qu’ils occupaient». Cette observation directe, pour la première fois de la désintégration radioactive du xénon ¹²⁴Xe, est fascinante, car elle «fait reculer les frontières de la connaissance des caractéristiques les plus fondamentales de la matière ».

Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

(*) Désintégration bêta