L'expérience CROSS, conçue et pilotée par IJCLab, vient de démarrer sa prise de données dans le laboratoire souterrain de Canfranc. Objectif : observer la double désintégration bêta sans émission de neutrino, un phénomène jamais détecté qui révélerait une nouvelle facette de la physique. En couverture : bonding ultrasonique des capteurs de température de CROSS réalisé dans une salle blanche d’IJCLab. © IJCLab
Sous les Pyrénées espagnoles, 36 détecteurs scrutent le molybdène-100 à quelques millikelvins du zéro absolu. Ils traquent un processus nucléaire si rare que sa période dépasserait 1025 ans, soit un million de milliards de fois l'âge de l'Univers.
« La découverte de ce phénomène montrerait que le neutrino est sa propre antiparticule », explique Andrea Giuliani, chercheur à IJCLab et coordinateur scientifique de l'expérience. Une telle propriété éclairerait l'origine de la masse des neutrinos et le déséquilibre entre matière et antimatière dans l'Univers.
Cryostat de l’expérience CROSS dans sa hut anti-microphonique située dans le laboratoire souterrain de Canfranc. © IJCLab
Une expérience née à Orsay
Le projet a été lancé en 2018 dans le cadre d'une bourse ERC. Aujourd'hui, le groupe ASSD du pôle Astroparticules, Astrophysique et Cosmologie (A2C) d'IJCLab assure la coordination technique et scientifique de l'expérience. Le détecteur final a été construit dans les salles blanches du campus d'Orsay, avec une contribution significative de l'Irfu (CEA Saclay).
Détecteur de lumière de l’expérience CROSS : les électrodes annulaires concentriques en aluminium destinées à établir l’effet Neganov-Trofimov-Luke sont visibles. © IJCLab
L'innovation clé repose sur les détecteurs de lumière développés par le groupe ASSD. Constitués de fines tranches de germanium et de silicium ultrapurs, ils captent la faible lueur émise par les cristaux lors d'une désintégration. Le signal est ensuite amplifié grâce à des électrodes en aluminium déposées avec les évaporateurs du laboratoire. Cette technologie permet de distinguer l'événement recherché du bruit de fond.
Un tremplin vers la prochaine génération
CROSS joue un rôle de démonstrateur pour CUPID, la future grande expérience qui succédera à CUORE au laboratoire du Gran Sasso en Italie. Les détecteurs de lumière conçus à IJCLab équiperont les 1600 cristaux de ce futur instrument.
L'analyse des données de CROSS est également coordonnée par le groupe ASSD. Les premiers résultats de physique sont attendus courant 2026, avec l'ambition d'établir la meilleure limite mondiale sur la double désintégration bêta sans neutrino du molybdène-100.
Pour en savoir plus sur le contexte scientifique, consultez l'article complet du CNRS.