Les neutrinos solaires sont de minuscules particules nées dans les entrailles du Soleil par milliards de milliards chaque seconde. Ils traversent la Terre sans presque la remarquer et ont longtemps été considérés comme absolument stables. Mais peut-être peuvent-ils eux aussi « vieillir » — se désintégrer discrètement, disparaissant en chemin vers nous. Des physiciens travaillant avec des détecteurs de matière noire ont entrepris de le vérifier.
Ils ont eu à leur disposition trois installations géantes : XENONnT, PandaX-4T et LUX-ZEPLIN. Chacune représente plusieurs tonnes de xénon liquide, profondément sous terre, à l'abri des rayons cosmiques. Leur mission principale est de capturer les hypothétiques particules de matière noire. Mais ces instruments hypersensibles enregistrent aussi de rares secousses provoquées par les neutrinos solaires qui heurtent parfois les noyaux de xénon. L'analyse de ces « reculs nucléaires » a permis, pour la première fois, d'estimer combien de temps vit l'état neutrino numéro deux. La limite obtenue est presque aussi stricte que celle du célèbre observatoire de neutrinos de Sudbury.
Les auteurs ont ensuite regardé vers l'avenir. Ils ont calculé ce que pourrait accomplir un détecteur de nouvelle génération — avec une masse de xénon encore plus grande. Une nouvelle voie s'ouvre : la détection du recul des électrons, et non plus des noyaux. Les neutrinos de basse énergie issus de la première réaction de la chaîne proton-proton pourraient diffuser sur les électrons, se trahissant par de minuscules éclairs. Cette méthode promet d'améliorer la précision de la mesure de la durée de vie pour deux états neutrino à la fois — d'un facteur 10, voire 100, par rapport aux meilleurs résultats actuels.
Ainsi, les chasseurs de matière noire deviennent par surprise les meilleurs chronométreurs pour les particules nées au cœur du Soleil. Le même instrument qui scrute l'obscurité aide à mesurer la durée de vie de la lumière elle-même.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2607.24584
The combination of the long baseline and characteristic energies of solar neutrinos offers an ideal framework to probe invisible neutrino decay. In this work we present the first constraint on invisible solar-neutrino decay using coherent elastic neutrino-nucleus scattering, recently observed in dark matter direct detection experiments. Through a combined analysis of nuclear-recoil data from XENONnT, PandaX-4T, and LUX-ZEPLIN, we constrain the lifetime of the neutrino mass state $$ u_{2}$$, obtaining a bound already comparable in strength to that from the Sudbury Neutrino Observatory. We further evaluate the sensitivity that could be reached by a future xenon-based dark matter detector. For this projection, we extend the analysis to electronic-recoil data, estimating the impact of detecting lower-energy solar neutrinos from the $$pp$$-chain via elastic scattering off electrons. This channel would allow us to place strong constraints on the lifetimes of both the $$ u_{1}$$ and $$ u_{2}$$ mass eigenstates. Our results show that, with nominal future exposures, nuclear-recoil data would improve the current bound by about one order of magnitude, while electronic-recoil data would open a new detection channel for low-energy solar neutrinos, surpassing existing dedicated solar-neutrino bounds by 1 to 2 orders of magnitude.
Les neutrinos solaires mettent 8 minutes pour aller du cœur du Soleil à la Terre, mais à l'intérieur même du Soleil, ils peuvent errer pendant des milliers d'années avant de s'en échapper.