科學網—新研究並未發現「無中微子雙β衰變」

2020-12-07 科學網
中微子是自己的反粒子嗎
新研究並未發現「無中微子雙β衰變」

 

新研究沒有發現任何支持「無中微子雙β衰變」的證據。圖片來源：杜賓根大學

 

本報訊 粒子物理學家長期爭論的一個議題有望被解決——雖然是以一種不那麼激動人心的方式——而這一過程則得益於地下深處的一個超靈敏粒子探測器獲得的最新數據。正在義大利格蘭薩索國家實驗室操作位於地下1400米處的鍺探測器陣列（GERDA）的物理學家說，他們沒有看到一種被稱為「無中微子雙β衰變」的核衰變跡象。

 

粒子物理學家對「無中微子雙β衰變」的探索讓人們納悶物理學家到底在研究什麼。當原子內的一個中子變成一個質子並同時釋放出一個電子和一個反中微子時，就發生了普通的β衰變。但一些類型的原子核會經歷一種更為罕見的衰變過程，而這個過程被稱為雙β衰變，在衰變中，兩個中子同時轉變成兩個質子，並同時會釋放出兩個電子和兩個反中微子。然而，理論學家們也預言雙β衰變中甚至存在一種更少見的形式，兩個中子會衰變為兩個質子和兩個電子，但是不會出現反中微子。

 

但是只有在中微子是其自己的反粒子的情況下，「無中微子雙β衰變」才能發生。如果這是真的，那麼中微子將是唯一適用於物質和反物質混合的物質粒子。

 

這就是為何2001年德國海德堡馬克斯·普朗克核物理實驗室的Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus和他的同事宣稱已經觀測到這種衰變時，物理學家會特別關注。在「海德堡—莫斯科」實驗中，他們研究了11.5公斤富含鍺-76原子核的鍺，鍺-76原子核是為數不多的、有可能進行這種衰變的、具備適當數量質子和中子的原子核。在觀察這些材料13年後，Klapdor-Kleingrothaus研究小組聲稱：已經觀察到了明顯大量的衰變事件。然而，許多其他物理學家對他們的聲明表示懷疑。

 

GERDA研究人員旨在將海德堡團隊的報告付諸測試。由遍及歐洲19個科研院所及高校的物理學家組成的團隊利用一個填充了18公斤鍺的探測器進行試驗，具體的測試時間是從2011年的11月到2013年的5月。而探測器優越的設備使研究人員能夠更好地過濾掉背景電磁波譜，該設備對這種罕見的衰變有更高的靈敏度。

 

但GERDA沒有發現任何支持「無中微子雙β衰變」的證據。7月16日，在一個研討會上，德國慕尼黑工業大學物理學家Stefan Sch?觟nert表示，「海德堡聲明很可能會被駁倒」。

 

美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的中微子物理學家Steven Elliott說，最新的結果是「非常令人興奮的」，但結論還沒有塵埃落定。「數據表明過去的說法很可能是不正確的，」他說，「但是，由於參與進來的統計數據太少，可能仍然有一些迴旋的餘地。」

 

當然，這個結果並不能證明這種衰變是不可能發生的，只能說迄今為止，這種事件恰巧幾乎還沒有被觀測到過。Sch?觟nert解釋說，雖然Klapdor-Kleingrothaus領導的研究小組聲稱已經觀察了半衰期為1.2×1025年的稀有衰變，而最新的結果卻暗示著該半衰期不小於2.1×1025年。所以GERDA團隊將繼續進行這項研究。

 

（楊濟華）

 

《中國科學報》 (2013-07-24 第2版 國際)

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