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锗探测器阵列完成首次无背景干扰搜索

时间:2017年04月06日 信息来源:科技日报 点击: 【字体:

科技日报北京4月5日电 (记者张梦然)英国《自然》杂志发表了一项粒子物理学重大突破:锗探测器阵列(GERDA)实验的物理学家完成了首次无背景干扰搜索,但未发现“无中微子双β衰变”迹象。“无中微子双β衰变”是一种放射性衰变,如果被发现存在,将证明中微子是其自身的反粒子,从而结束粒子物理学界长期争论的一个议题。


一些粒子物理学经典模型的扩充理论通过假设中微子是其自身的反粒子,来解释为何现在的宇宙中物质多于反物质。如果假设成立,那么就应存在名为“无中微子双β衰变”的放射性衰变——原子核衰变放射两个电子而不放射中微子。换句话说,只有在中微子是其自身的反粒子的情况下,“无中微子双β衰变”才能发生,而中微子将是唯一适用于物质和反物质混合的物质粒子。


但是,由于“无中微子双β衰变”的半衰期至少是宇宙年龄的15个数量级,人们想要观察它,就必须抑制所有可能干扰探测的背景信号。


GERDA合作组最新报告了实验Ⅱ期的首批数据。GERDA位于意大利格兰萨索国家实验室地下1400米深处,能够非常有效地过滤掉背景电磁波谱,其团队成员包括德国图宾根大学、慕尼黑工业大学、马克斯·普朗克核物理研究所等欧洲数十个科研机构的物理学家。研究者此次在35.6公斤的76Ge同位素中搜寻了“无中微子双β衰变”。团队成员报告称,他们通过排除背景信号,完成了该领域的首个无背景实验——但是,他们并未发现“无中微子双β衰变”迹象。


在《自然》杂志上本篇论文相应的新闻与观点文章中,美国杜克大学科学家菲利普·巴尔博表示,物理学家们一直都在搜寻神秘的放射性衰变形式,此次完成的无背景搜索,对于该领域而言是一项卓越的成就,它意味着未来的搜索将会对“无中微子双β衰变”高度敏感。


总编辑圈点


中微子被称作幽灵粒子,因为它很难与其他粒子反应,难以探测,所以是我们了解最少的基本粒子。科学家在核电站旁的山洞和南极的冰层里设置了捕捉装置,期望从海量信号里筛出稀少的有用数据。“中微子为自身的反粒子”是一个诱人的理论,尽管意大利的实验没有给出肯定的答案,但科学家们不会轻易放弃这一假说。未来,中国在建的江门实验装置也会揭示中微子的更多秘密。

(作者:张梦然)
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