通过CUORE实验了解物质的起源

一位研究科学家检查CUORE探测器，这是一个由数千个晶体组成的阵列，由专为罕见事件搜索而设计的材料制成。CUORE位于意大利格兰萨索国家实验室地下4，500英尺处。信用：CUORE合作。
关于中微子，我们还不知道很多。中微子是非常轻的、无电荷的、难以捉摸的粒子，它们参与了称为β衰变的过程。了解这个过程可能会揭示宇宙中物质的起源。
β衰变是一种放射性衰变，涉及中子转化为发射电子和反中微子的质子。β衰变非常普遍 - 例如香蕉中每秒发生十几次。也可能有一种超罕见的β衰变，它发射两个电子但没有中微子。
世界各地的核物理学家正在不同原子核中寻找这种无中微子双β衰变（NLDBD）。对这些衰变的兴趣源于它们揭示与宇宙创造物质有关的未解之谜的潜力。它们还可以为我们理解目前未知的中微子质量提供提示。
低温地下罕见事件天文台（CUORE）可以使用不同的原子核搜索这些罕见的NLDBD过程。科学家们依靠使用不同原子核的搜索之间的互补性来更好地了解这一过程中的基本物理学。物理学中的互补性涉及相互对比的理论，但两者都解释了同一现象的一部分。
CUORE最近使用一个以前没有用CUORE研究过的核Tellurim-128来搜索NLDBD。到目前为止，研究人员还没有发现NLDBD的证据。然而，他们表明Tellurim-128被NLDBD衰变的半衰期超过367万年（超罕见衰变的半衰期非常长）。这个下限比使用相同技术的先前实验中发现的下限高出约30倍。这项新的研究扩展了科学家对这些罕见核衰变的了解。研究结果发表在《物理评论快报》上。
CUORE是世界领先的研究极其罕见核过程的实验之一。CUORE需要一个非常低的放射性环境，这是通过使用极其清洁的材料和格兰萨索山来实现的，格兰萨索山脉保护实验免受宇宙射线的照射。CUORE由近1000个晶体组成，这些晶体通过专用的制冷结构保持在接近绝对零度的温度下。晶体的温度每秒被测量1000次，保存到磁盘上，并进行分析，以发现罕见衰变引起的微小温度变化。
自2017年开始运营以来，CUORE收集了大量数据，并将持续至少两年。研究人员预计在不久的将来，在Tellurim-128核上寻找NLDBD过程会有更好的结果。在CUORE之后，下一代实验有可能通过探索这些难以捉摸的过程来解开几个核物理和粒子物理的谜团。
更多信息： D. Q. Adams 等人，使用 CUORE 对 Te128 的无中微子双 β 衰变半衰期的新直接限制，物理评论快报 （2022）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.129.222501