新研究并未发现“无中微子双β衰变”

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新研究没有发现任何支持“无中微子双β衰变”的证据。图片来源：杜宾根大学

　　粒子物理学家长期争论的一个议题有望被解决——虽然是以一种不那么激动人心的方式——而这一过程则得益于地下深处的一个超灵敏粒子探测器获得的最新数据。正在意大利格兰萨索国家实验室操作位于地下1400米处的锗探测器阵列(GERDA)的物理学家说，他们没有看到一种被称为“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”的探索让人们纳闷物理学家到底在研究什么。当原子内的一个中子变成一个质子并同时释放出一个电子和一个反中微子时，就发生了普通的β衰变。但一些类型的原子核会经历一种更为罕见的衰变过程，而这个过程被称为双β衰变，在衰变中，两个中子同时转变成两个质子，并同时会释放出两个电子和两个反中微子。然而，理论学家们也预言双β衰变中甚至存在一种更少见的形式，两个中子会衰变为两个质子和两个电子，但是不会出现反中微子。

　　但是只有在中微子是其自己的反粒子的情况下，“无中微子双β衰变”才能发生。如果这是真的，那么中微子将是唯一适用于物质和反物质混合的物质粒子。

　　这就是为何2001年德国海德堡马克斯·普朗克核物理实验室的Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus和他的同事宣称已经观测到这种衰变时，物理学家会特别关注。在“海德堡—莫斯科”实验中，他们研究了11.5公斤富含锗-76原子核的锗，锗-76原子核是为数不多的、有可能进行这种衰变的、具备适当数量质子和中子的原子核。在观察这些材料13年后，Klapdor-Kleingrothaus研究小组声称：已经观察到了明显大量的衰变事件。然而，许多其他物理学家对他们的声明表示怀疑。

　　GERDA研究人员旨在将海德堡团队的报告付诸测试。由遍及欧洲19个科研院所及高校的物理学家组成的团队利用一个填充了18公斤锗的探测器进行试验，具体的测试时间是从2011年的11月到2013年的5月。而探测器优越的设备使研究人员能够更好地过滤掉背景电磁波谱，该设备对这种罕见的衰变有更高的灵敏度。

　　但GERDA没有发现任何支持“无中微子双β衰变”的证据。7月16日，在一个研讨会上，德国慕尼黑工业大学物理学家Stefan Schonert表示，“海德堡声明很可能会被驳倒”。

　　美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的中微子物理学家Steven Elliott说，最新的结果是“非常令人兴奋的”，但结论还没有尘埃落定。“数据表明过去的说法很可能是不正确的，”他说，“但是，由于参与进来的统计数据太少，可能仍然有一些回旋的余地。”

　　当然，这个结果并不能证明这种衰变是不可能发生的，只能说迄今为止，这种事件恰巧几乎还没有被观测到过。Schonert解释说，虽然Klapdor-Kleingrothaus领导的研究小组声称已经观察了半衰期为1.2×1025年的稀有衰变，而最新的结果却暗示着该半衰期不小于2.1×1025年。所以GERDA团队将继续进行这项研究。