通过CUORE实验了解物质的起源

关于中微子，我们还不知道太多。中微子是非常轻、不带电荷且难以捉摸的粒子，参与称为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，涉及将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，它在香蕉中每秒发生十几次。也可能存在一种极其罕见的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的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物质创造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线索。

罕见事件低温地下观测站(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理解该过程中的基础物理学。物理学中的互补性涉及相互对比但都解释同一现象的一部分的理论。

CUORE最近使用以前未用CUORE研究过的原子核Tellurim-128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衰变的半衰期长于3.6七亿年(超罕见衰变的半衰期非常长)。这个下限比以前使用相同技术的实验发现的下限高约30倍。这项新研究扩展了科学家对这些罕见核衰变的认识。研究结果发表在《物理评论快报》上。

CUORE是世界领先的寻找极其罕见的核过程的实验之一。CUORE需要一个非常低放射性的环境，这是通过使用极其干净的材料和使用GranSasso山来实现的，该山为实验屏蔽了宇宙射线。CUORE由近1,000颗晶体组成，这些晶体通过专用制冷结构保持在接近绝对零的温度。晶体的温度每秒测量1,000次，保存到磁盘，并进行分析以发现由罕见衰变引起的微小温度变化。

CUORE自2017年开始运营以来，收集了大量数据，至少还会持续两年以上。研究人员预计在不久的将来，在Tellurim-128核上寻找NLDBD过程会取得更好的结果。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学的谜团。