新研究并未发现“无中微子双β衰变”

新的研究没有发现任何支持“无中微子双β衰变”的证据。资料来源:配音大学

粒子物理学家之间长期争论的话题有望得到解决——尽管是以一种不那么令人兴奋的方式——这要归功于来自地下深处的超灵敏粒子探测器的最新数据。在意大利格兰萨索国家实验室地下1400米处操作锗探测器阵列(GERDA)的物理学家表示，他们没有看到任何被称为“无中微子双β衰变”的核衰变迹象。

粒子物理学家对“无中微子双β衰变”的探索让人们想知道物理学家在研究什么。当原子中的中子变成质子，同时释放出电子和反中微子时，就会发生普通的β衰变。然而，一些类型的原子核经历一个更罕见的衰变过程，称为双β衰变，其中两个中子同时转化为两个质子和两个电子，两个反中子同时释放。然而，理论家们也预测，甚至还有一种更罕见的双β衰变形式。两个中子会衰变为两个质子和两个电子，但不会有反中微子。

然而，“无中微子双β衰变”只有在中微子是它们自己的反粒子时才会发生。如果这是真的，中微子将是唯一适合混合物质和反物质的物质粒子。

这就是为什么物理学家特别关注德国海德堡马克斯·普朗克核物理实验室的汉斯·沃尔克·克拉普多·克莱恩戈尔豪斯和他的同事们，他们声称在2001年观察到了这种衰变。在“海德堡-莫斯科”实验中，他们研究了11.5千克富含锗的锗-76原子核，这是少数几个有适当数量的质子和中子的原子核之一，这些质子和中子很可能经历这种衰变。在对这些材料进行了13年的观察之后，克拉多-克莱格纳斯研究小组声称已经观察到了大量的衰变事件。然而，许多其他物理学家怀疑他们的说法。

格尔达的研究人员旨在测试海德堡小组的报告。来自欧洲19所研究机构和大学的物理学家团队使用一个装满18公斤锗的探测器来进行测试。具体测试时间为2011年11月至2013年5月。探测器的高级设备使研究人员能够更好地滤除背景电磁波谱，并且该设备对这种罕见的衰变具有更高的灵敏度。

然而，GERDA没有发现任何支持“无中微子双β衰变”的证据。7月16日，慕尼黑工业大学的德国物理学家斯特凡·舒纳特(Stefan Schonert)在一次研讨会上表示，“海德堡的说法很可能遭到驳斥”。

新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的中微子物理学家史蒂文·埃利奥特说，最新的结果“非常令人兴奋”，但结论尚未确定。“数据显示，过去的说法可能是不正确的，”他说。"然而，由于涉及的统计数字很少，仍有一些回旋的余地."

当然，这个结果并不能证明这种衰变是不可能的。只能说，到目前为止，这类事件几乎没有被观察到。Schonert解释说，尽管由Klapdor-Kleigrothaus领导的研究小组声称观察到了半衰期为1.2×1025年的罕见衰变，但最新结果表明半衰期不小于2.1×1025年。所以GERDA团队将继续这项研究。

(杨继华)

《中国科学日报》(2013年7月24日，第二版国际版)