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Pendant un an, des scientifiques ont écouté 148 kilogrammes de xénon pour capturer une désintégration qui se produit moins d'une fois par billion d'années, et ils n'ont rien entendu.
Dans une pièce bruyante, il est difficile d'entendre tomber une aiguille. Les physiciens de la collaboration PandaX-4T ont passé une année entière à écouter du xénon liquide, espérant saisir un événement plus silencieux encore : la désintégration d'un noyau de xénon 136, au cours de laquelle quatre électrons s'échappent d'un coup, sans qu'aucun neutrino n'apparaisse. Une telle désintégration est si rare que, dans un kilogramme de xénon, moins d'un atome se désintégrerait en un an.
Pourquoi est-ce important ? Une double désintégration bêta sans neutrino indiquerait que le neutrino est sa propre antiparticule. Or on ne l'a pas trouvée. La désintégration quadruple est possible aussi dans l'autre scénario, celui où le neutrino diffère de son antiparticule. Si l'on découvre la désintégration quadruple sans découvrir la double, ce sera un indice.
Le détecteur se trouvait profondément sous terre, là où la roche étouffe le bruit cosmique. Les scientifiques ont accumulé des données représentant 148,4 kilogrammes-années, soit comme s'ils avaient écouté un kilogramme de xénon 136 pendant 148 ans. Ils ont comparé le signal obtenu à ce qu'ils attendaient d'une désintégration, ainsi qu'au bruit dû aux impuretés, aux autres désintégrations et même aux neutrinos solaires. Résultat : pas de signal, rien que du bruit. Mais une absence de signal est elle aussi un résultat. On sait maintenant que, si une telle désintégration se produit, sa période de demi-vie dépasse 6,01×10²⁴ ans. C'est comme attendre la chute d'une aiguille 400 billions de fois plus longtemps que l'Univers n'existe.
La période de demi-vie de 6,01×10²⁴ ans est 400 billions de fois plus grande que l'âge de l'Univers. Si une telle désintégration se produisait, il se désintégrerait moins d'un atome par an dans un kilogramme de xénon-136.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, les neutrinos sont utilisés pour communiquer avec une civilisation extraterrestre. La recherche de désintégrations extrêmement rares, comme 0ν4β, rappelle les tentatives de capter des signaux presque imperceptibles venus des profondeurs du microcosme.