La double désintégration bêta, appelée aussi 2ν2β, est un mode de décroissance radioactive rare qui n'est observable que pour les noyaux excédentaires en neutrons et possédant un nombre pair de protons et de neutrons. Réputée un des plus processus les plus lents que les scientifiques tentent d'observer, elle voit deux neutrons transmutés simultanément en deux protons et deux électrons, avec émission de deux antineutrinos, le tout avec une demi-vie de l'ordre de 1020 ans !
Des physiciens recherchent dans plusieurs expériences – notamment CUPID et TINY auxquelles participe l'Irfu – une hypothétique double désintégration bêta sans émission de neutrinos (0ν2β) dont la demi-vie dépasse de plusieurs ordres de grandeur celle de 2ν2β. Si ce processus interdit par le modèle standard de la physique des particules était observé, cela signifierait que le neutrino est confondu avec sa propre antiparticule. Il s'agit d'une sorte de graal qui aiderait à mieux comprendre l'asymétrie entre matière et antimatière et permettrait de débusquer une nouvelle physique et d'extraire des informations sur la masse des neutrinos.
Dans ce cadre, une collaboration internationale impliquant un physicien théoricien de l'Irfu a déterminé la probabilité de double désintégration bêta sans émission de neutrinos (0ν2β) du noyau de germanium 76Ge, contenant 32 protons et 44 neutrons, vers le noyau de sélénium 76Se, contenant 34 protons et 42 neutrons.
Jusqu'à présent, cette probabilité était déterminée par des approches phénoménologiques qui conduisaient à de grands désaccords. C'est pourquoi les physiciens ont adopté pour cette étude une méthode ab initio afin de résoudre aussi exactement que possible le « problème à N corps » (ici, les nucléons).
Ils ont pu déterminer une grandeur reliée à cette probabilité, appelée « élément de matrice nucléaire », dont ils ont pu calculer avec précision l'incertitude : 2,60 (+1,28/-1,36). Cette valeur est plus faible que celle évaluée jusque-là par les approches phénoménologiques.
Le noyau 76Ge étant l'un des noyaux candidats les plus prometteurs dans la recherche de la désintégration 0ν2β, les physiciens savent désormais qu'elle sera encore plus difficile à observer que prévu…