“罕见”可能对无中微子双β衰变这种现象来说都显得过于慷慨,这是一种放射性发射爆发,其中两个中微子相互抵消并消失。 要观察单个原子中的核过程,您可能需要等待数万亿亿亿年——远远超过宇宙的年龄。
再说一遍,无中微子双β衰变可能根本不会发生。 从未有人见过它,但物理学家们热衷于观察这种现象,这将表明被称为中微子的迷人粒子还有许多新的秘密需要揭示。
虽然粒子物理学中的大多数搜寻都试图在探测器中捕获特定的粒子,但无中微子双β衰变实验寻找的是粒子的明显缺失。 这种衰变是双β衰变的一种变体,双β衰变是一种更容易理解的核过程,其中放射性原子从一种元素嬗变成另一种元素(例如,从氙变成钡),释放出一对电子和一对中微子作为副产品。 但是,如果中微子是它们自身的反物质对应物,正如许多物理学家怀疑的那样,那么这两个中微子可以相互抵消。 因此,实验人员寻找双β衰变的所有特征,但没有中微子。
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如果它在自然界中存在,中微子消失现象将为几个新的研究领域打开大门。 马里兰大学的物理学家卡特·霍尔说:“无中微子双β衰变是新物理学的确凿证据。” 也许最令人兴奋的是,中微子和反中微子是同一个东西将暗示中微子的质量并非来自希格斯玻色子(大多数其他基本粒子都是如此),而是来自其他一些尚未解决的机制。 中微子的双重性质也可能有助于解释为什么反物质在我们的宇宙中如此稀少。
2001 年出现了一线希望,当时一组在海德堡-莫斯科双β衰变实验中工作的物理学家声称已经捕捉到了这种奇异衰变。 但新数据几乎消除了其可能性。 据物理学家在 9 月份的《物理评论快报》中报道,意大利的锗探测器阵列 (GERDA) 本应能够证实海德堡-莫斯科的说法,但迄今为止,在其对重同位素锗的无中微子双β衰变的搜索中却一无所获。 明年,该实验的升级将提高 GERDA 的灵敏度,将其推向许多中微子研究人员预测该现象可被探测到的范围。
物理学家们还在筛选其他放射性原子释放出的粒子,这些原子在理论上可能发生无中微子双β衰变。 去年,研究人员展示了来自日本 KamLAND-Zen 和新墨西哥州 EXO-200 新实验的早期数据,这两个实验都在寻找氙同位素的衰变。 两者都尚未发现任何无中微子衰变的证据,但在这项对难以捉摸的现象进行了数十年的追求中,物理学家们首次拥有了能够让他们到达那里的实验。