En 1937, le physicien italien Majorana a proposé que le neutrino pourrait être sa propre antiparticule, connue sous le nom de théorie des neutrinos de Majorana. Deux ans plus tard, l'Américain Furry a proposé une méthode expérimentale pour vérifier cette théorie : certains noyaux atomiques subissent une rare double désintégration bêta (où deux neutrons se désintègrent simultanément). Si ce processus n'émet pas de neutrino, cela prouverait l'existence des neutrinos de Majorana. Les neutrinos de Majorana sont cruciaux pour répondre à des questions majeures telles que la conservation du nombre leptonique et l'origine de l'asymétrie matière-antimatière dans l'univers. À l'expérience PandaX-4T du Laboratoire souterrain Jinping B2 en Chine, la recherche sur la désintégration double bêta sans neutrino du Xe-134 et du Xe-136 offre une plateforme et une opportunité uniques pour de telles études.

Le Xe-134 représente 10,4 % de l'abondance du xénon naturel, et bien que la désintégration double bêta de ce noyau soit prédite théoriquement, elle n'avait pas encore été détectée expérimentalement. L'expérience PandaX-4T se distingue par son avantage dans la recherche de cette désintégration de Xe-134. Le détecteur contient quatre tonnes de xénon naturel, soit environ 400 kg de noyaux de Xe-134, avec moins d'interférences par rapport aux expériences internationales comme EXO et KamLAND-Zen qui utilisent du xénon-136 enrichi. De plus, le détecteur présente des avantages tels qu'une faible limite d'énergie et une auto-protection.

En utilisant les premières données de l'expérience PandaX-4T, le groupe de coopération a fourni les limites les plus strictes sur les demi-vies de la désintégration double bêta de Xe-134 avec neutrino et sans neutrino, à savoir plus de 2,8 × 10^22 années et 3,0 × 10^23 années (à 90 % de confiance), surpassant ainsi les meilleurs résultats précédents au niveau international de 32 fois pour la désintégration double bêta avec neutrino et de 2,7 fois pour la désintégration double bêta sans neutrino. Ces résultats démontrent le potentiel physique considérable du détecteur de xénon liquide PandaX dans le domaine de la physique des neutrinos.

Spectre d'ajustement de la recherche de la désintégration double bêta de Xe-134 avec neutrino et sans neutrino, plage d'énergie de 200 à 1000 keV.

(Image de gauche) Comparaison des résultats expérimentaux de la désintégration double bêta de Xe-134 avec neutrino ; (Image de droite) Comparaison des résultats expérimentaux de la désintégration double bêta de Xe-134 sans neutrino.