幽灵粒子实验仍两手空空 宇宙最大谜团何时破解?

作者: Lana Bandoim

来源: 漫步宇宙

发布日期: 2018-05-16 10:39:53

CUORE实验致力于探测中微子,试图解释宇宙内物质与反物质的严重失衡现象。实验结果显示,两个月内未发现“无中微子双贝塔衰变”过程的证据,未来将继续实验以获取更多数据。

中微子是名副其实的“幽灵粒子”,它们能够悄无声息地穿过人体和墙壁,神不知鬼不觉。地下1600米的意大利格兰萨索国家实验室,致力于探测中微子。CUORE实验得出的发现或许能够解释宇宙内物质与反物质的严重失衡现象。但迄今为止,科学家一无所获。最初两个月的CUORE实验结果并未发现“无中微子双贝塔衰变”过程的任何线索。CUORE实验的终极目标是,揭开宇宙的一个最大谜团,一个关乎我们为何存在的谜团。

中微子是微小的基本粒子,几乎没有任何质量。绝大多数基本粒子都有与之对应的反物质粒子,被称之为“反粒子”。反粒子与正常粒子的质量相同,但携带不同电荷。相比之下,中微子是粒子家族的怪客,它们几乎没有任何质量,也不携带任何电荷。据物理学家猜测,中微子就是自身的反粒子。这样的“二合一”粒子被称之为“马约拉纳粒子”。研究人员正在组装低温保持器。

在一个典型实验室研究中微子面临很大难度,因为它们极少与其它物质发生交互,同时也极难探测。为了探寻中微子,科学家将一个包裹着中微子探测器的巨型钢球放置到地下1600米。探测器由意大利国家核物理研究所的格兰萨索国家实验室操作。格兰萨索实验室是CUORE实验的大本营。这项实验致力于寻找无中微子双贝塔衰变过程的证据。2017年10月23日,CUORE实验拉开帷幕。

为了“看到”这个过程,物理学家对一个碲同位素放射性衰变释放的能量(热量)进行观测。如果发生无中微子双贝塔衰变,会出现一个确定能量水平的峰值。为了精确探测和测量这种热能,科学家打造了已知宇宙内温度最低的一个立方米空间。它就像是一个巨型温度计,拥有近1000个二氧化碲晶体,在10毫开氏度(mK)下工作,相当于零下273.14摄氏度。随着放射性碲原子发生衰变,探测器搜寻能量峰值。

CUORE项目由200名科学家、工程师和技术人员参与,于最近公布了首批实验结果。他们的新论文刊登在3月26日的《物理评论快报》上。论文称两个月过后,CUORE实验并未发现任何无中微子双贝塔衰变证据。未来5年,他们将继续这项实验,以获取更多数据。只有实验持续足够长的时间,科学家才能最终排除或者发现中微子双贝塔衰变。科学家检测CUORE的低温保持器。

耶鲁大学教授卡斯滕·赫格在接受《生活科学》采访时指出:“如果发现中微子就是自身反粒子,无疑具有非常重要的意义。这将迫使我们改写已经被普遍接受的标准粒子物理学模型。我们将意识到物质可以采取一个新的不同机制拥有质量。”CUORE项目组成员、麻省理工学院物理学助理教授林德利·温斯罗对《生活科学》表示,即使CUORE实验无法明确证明中微子就是自身反粒子,研究中采用的技术也可用于其它用途。

他说:“将CUORE冷却到10mK的技术,与用于冷却量子计算机超导电路的技术相同。下一代量子计算机可能装入CUORE型低温保持器。可以说,我们是第一个吃螃蟹的人。”

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