能转换身份的中微子能从根本上揭示我们为何存在。但我们能发现它们吗？

高能粒子的碰撞，中微子。一个国际研究团队已经隐藏在意大利中心的一座山之下很多年了，不知疲倦地从已知世界里最冷的立方米空间内收集着最灵敏的测量方式。科学家们正在搜索可以证明被称为中微子的幽灵似的粒子与它们的反物质难以区分的证据。如果能够证明，这个发现将能解决一个已经困扰了物理学家几十年的宇宙谜题：为什么物质总是存在？

长久以来他们都知道物质有一个有害的同伴反物质。对于宇宙中的每一个基本粒子，它们之中存在着一种粒子，这种粒子和它的兄弟几乎相同，有着相同的质量却相反的电荷。当一个粒子和它的反物质面对面相遇时，它们使彼此消失，创造出纯净的能量。

“我们用明显的完全的对称性来解释物质和反物质的关系”维吉尼亚理工大学的物理学教授Thomas O’Donnell告诉生活科学。“每次你创造一些物质时，也会创造出与之平衡的反物质，并且每次当你毁坏一些物质，你一定也会毁坏一些反物质。如果这是真的，你将永远不能拥有比其他物质多出来的一种物质。”

这种对称性与我们目前对宇宙是如何产生的理解不同。根据宇宙大爆炸理论，138亿年前，当宇宙从一个极小的奇点膨胀，我们相信，等数量的物质和反物质开始存在。然而，当今天天文学家观察宇宙时，宇宙几乎完全由物质组成，没有它的邪恶的孪生兄弟。更糟糕的是，如果宇宙大爆炸理论成立的话，我们，是的，人类，今天就不该存在。“如果物质和反物质完全遵循对称性的话，那么随着宇宙的进化，所有的物质和反物质应该都已经消灭成为光子，就没有留给恒星、行星、甚至人类细胞的物质。我们就不应该存在。”O'Donnell说到，“接着最大的问题就是，这个会计理论会不会在宇宙进化中的某个瞬间破裂？”这个问题是O'Donnell和他的实验人员希望回答的。在过去的两年里，他们的团队收集并分析了意大利格兰萨索国家实验室CUORE（低温地下稀有事件观测站）的数据，寻找一种能让宇宙之谜平息的冒烟的枪。

CUORE，在意大利语中为“心脏”，正在寻找证明难以捉摸的亚原子的微粒中微子是他们自己的反微子的证据，物理学家叫做Majorana粒子。中微子能像幽灵一样穿过大多数物质，是很难测的。事实上，根据美国宇航局，来自太阳火热核熔炉的数以万亿的中微子每秒都会穿透我们的身体。

CUORE实验寻找的是马约拉纳中微子在无中微子双β衰变过程中相互湮灭的特征。在正常的双β衰变过程中，原子核中的两个中子同时转变为两个质子，并释放出一对电子和一对反中微子。虽然这一核活动极其罕见，在每个原子中每一万亿亿（10^20）年才会发生一次，但已经在现实生活中被观察到了。

然而，如果研究人员是正确的，在中微子是真正的马约拉纳粒子（马约拉纳粒子是其自身的反粒子）的情况下，衰变过程中被创造出来的两个反中微子会相互湮灭，形成一次不产生中微子的双β衰变，结果是只产生了一对“普通物质”——电子。如果这一过程被证明是真实的，那它可能就是早期宇宙中充满了普通物质的原因。不过，观察这个过程就是另一回事了。科学家们估计，无中微子双β衰变（如果确实存在的话）可能每十亿亿亿（10^25）年才会发生一次。

“无中微子衰变是我们真正想看到的模式。它将打破规则，在不产生反物质的情况下创造物质，”CUORE合作项目的成员O'Donnell说，“它将是真正解决物质-反物质不对称性的第一个线索。”

CUORE探测器用探测热量的形式，在碲原子放射性衰变过程创造的电子中寻找能量信号。无中微子双β衰变会在电子的能谱中留下一个独特的、可区分的峰。CUORE合作项目的技术协调员Carlo Bucci在一份报告中说：“本质上，CUORE是世界上最敏感的温度计之一。”

CUORE仪器经过十多年的组装，已经发现了宇宙中最冷的立方米波。该波由988个立方形的二氧化碲晶体在温度冷却到10mk或460华氏度（负273摄氏度）时才能组成，而此温度只比物理允许的最低温度高一点。为了保护实验不受宇宙射线等外部粒子的干扰，探测器被包裹在一层厚厚的高纯铅层中，这层铅是从一艘有2000年历史的罗马沉船上回收的。

尽管研究小组在技术上取得了成就，但发现中微子损失的实验并不是一件容易的事。自2017年的研究结果以来，虽然研究人员收集到的数据比同类粒子探测器收集到的最大数据集还多了四倍多。但在他们最终的数学文献库的刊物中，表明他们并没有发现中性双β衰变的证据。

该项合作仍决心寻找这种难以捉摸的中性粒子。他们的研究对马约拉纳中微子的预期质量有更严格的限制，并认为它至少比电子轻500万倍。该团队计划，在CUORE仪器运行五年后对其进行升级，并推出一种新型晶体，他们希望这将大大提高其灵敏度。

奥唐纳说：“如果历史能很好地预测未来，那么我们可以相当肯定的说，推动探测器技术的发展，将使我们对中微子有更加深入的了解。”希望我们能发现中性双β衰变的证据，或者更奇特和意想不到的东西。”

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.Tim Childers-大鱼鱼鱼鱼鱼，Mo，Q

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2.天文学名词

3.原文来自：https://www.space.com/search-for-majorana-neutrino-solve-cosmic-conundrum.html

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