長期中微子謎題的解決方案可能觸手可及

物理學家們齊心協力破解長期存在的粒子謎題

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“罕見”可能對無中微子雙β衰變這種現象來說都顯得過於慷慨,這是一種放射性發射爆發,其中兩個中微子相互抵消並消失。 要觀察單個原子中的核過程,您可能需要等待數萬億億億年——遠遠超過宇宙的年齡。

再說一遍,無中微子雙β衰變可能根本不會發生。 從未有人見過它,但物理學家們熱衷於觀察這種現象,這將表明被稱為中微子的迷人粒子還有許多新的秘密需要揭示。

雖然粒子物理學中的大多數搜尋都試圖在探測器中捕獲特定的粒子,但無中微子雙β衰變實驗尋找的是粒子的明顯缺失。 這種衰變是雙β衰變的一種變體,雙β衰變是一種更容易理解的核過程,其中放射性原子從一種元素嬗變成另一種元素(例如,從氙變成鋇),釋放出一對電子和一對中微子作為副產品。 但是,如果中微子是它們自身的反物質對應物,正如許多物理學家懷疑的那樣,那麼這兩個中微子可以相互抵消。 因此,實驗人員尋找雙β衰變的所有特徵,但沒有中微子。


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如果它在自然界中存在,中微子消失現象將為幾個新的研究領域開啟大門。 馬里蘭大學的物理學家卡特·霍爾說:“無中微子雙β衰變是新物理學的確鑿證據。” 也許最令人興奮的是,中微子和反中微子是同一個東西將暗示中微子的質量並非來自希格斯玻色子(大多數其他基本粒子都是如此),而是來自其他一些尚未解決的機制。 中微子的雙重性質也可能有助於解釋為什麼反物質在我們的宇宙中如此稀少。

2001 年出現了一線希望,當時一組在海德堡-莫斯科雙β衰變實驗中工作的物理學家聲稱已經捕捉到了這種奇異衰變。 但新資料幾乎消除了其可能性。 據物理學家在 9 月份的《物理評論快報》中報道,義大利的鍺探測器陣列 (GERDA) 本應能夠證實海德堡-莫斯科的說法,但迄今為止,在其對重同位素鍺的無中微子雙β衰變的搜尋中卻一無所獲。 明年,該實驗的升級將提高 GERDA 的靈敏度,將其推向許多中微子研究人員預測該現象可被探測到的範圍。

物理學家們還在篩選其他放射性原子釋放出的粒子,這些原子在理論上可能發生無中微子雙β衰變。 去年,研究人員展示了來自日本 KamLAND-Zen 和新墨西哥州 EXO-200 新實驗的早期資料,這兩個實驗都在尋找氙同位素的衰變。 兩者都尚未發現任何無中微子衰變的證據,但在這項對難以捉摸的現象進行了數十年的追求中,物理學家們首次擁有了能夠讓他們到達那裡的實驗。

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