超冷中微子实验的第一批数据

CUORE塔的底视图。

物理学家宣布了低温地下天文台进行罕见事件实验的第一项科学结果，该实验旨在确认马约拉纳中微子的存在。

今天，一个由国际核物理学家组成的小组宣布了罕见事件超低温地下天文台（CUORE）实验的第一个科学结果。位于意大利INFN格兰萨索国家实验室的CUORE旨在确认马约拉纳中微子的存在，科学家们认为中微子可能是为什么物质比反物质多的关键。或换一种说法：为什么我们存在于这个宇宙中。

该实验的结果称为CUORE-0，已在意大利的INFN格兰萨索实验室（LNGS），美国能源部的劳伦斯·伯克利国家实验室（Berkeley Lab）和美国的其他机构中宣布。

研究结果是双重的。首先，CUORE-0结果对迄今为止难以捉摸的Majorana中微子的质量设置了一些最敏感的约束。有了这些新的限制，CUORE团队实际上正在缩小隐藏Majorall针的草垛的大小，从而更有可能找到它。

其次，该实验成功地证明了CUORE新颖设计的性能-一种由Rubik立方大小的二氧化碲晶体塔构成的探测器。这些塔被放置在高科技冰箱中，该冰箱经过了精心的净化，屏蔽宇宙射线，并冷却到接近零的绝对值。

今天的结果代表了过去两年仅从一塔二氧化碲晶体中收集的数据。到今年年底，所有19座塔楼（每座塔楼均包含52个晶体）将投入使用，将CUORE的灵敏度提高了20倍。

“ CUORE-0是迄今为止最大的检测器，其工作温度非常接近于绝对零值，” CUORE合作发言人INFN-Milano Bicocca的Oliviero Cremonesi博士说。“ CUORE目前正处于建设的最后阶段，建成后将以前所未有的灵敏度研究与马约拉纳中微子有关的核过程。”

“凭借CUORE-0的结果，我们证明了我们的实验设计，材料和工艺（包括极其干净的表面，纯净的材料和精密的组装）正在取得回报，”物理学高级教职研究员Yury Kolomensky说伯克利实验室的部门，加州大学伯克利分校的物理学教授以及CUORE合作的美国发言人。

早期宇宙中的歼灭

为了确定马约拉纳中微子，研究人员正在寻找一种指示性的指标，这是一种罕见的核过程，称为无中微子双β衰变。预计该过程很少发生，甚至根本不会发生：每个原子核每九亿年（一万亿兆兆，或1后跟24个零）的年数少于一次。

不同于发出两个反中微子的常规双β衰变，无中微子的双β衰变根本不发出中微子。好像其中一种反中微子已经转变成中微子，并消除了它的同胞，甚至消除了它的同胞。

“ 1937年，埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）预测中微子和反中微子可能是同一粒子的两种表现形式-在现代语言中，它们被称为马约拉纳粒子”，耶鲁大学物理学助理教授Reina Maruyama说， CUORE物理委员会，指导数据分析。“检测无中微子的双β衰变将直接将我们引向马约拉纳粒子，并向我们暗示了为什么宇宙比反物质具有更多的物质。”

已知的物理定律禁止对像电子和质子这样的正常带电粒子进行这种物质-反物质的转换。但是电中性的中微子可能是具有特殊能力的特殊物质。

拟议的物质与物质的过渡，尽管现在非常罕见，但如果发生的话，在大爆炸之后的宇宙中可能是很普遍的。在所有的hil灭之后，存在的剩余部分将是我们今天所见的充满事物的宇宙。

水晶净度

二氧化碲的CUORE晶体中充满了50亿多的碲130核，这是一种自然产生的同位素，可以产生双β衰变，甚至可能产生无中微子的双β衰变。在实验中，水晶塔放置在称为低温恒温器的极冷的冰箱中，该冰箱冷却至约10毫开尔文或-273.14摄氏度。去年，CUORE低温恒温器创下了其同类产品中最冷的体积记录​​。

在非常冷的CUORE晶体中，两个核过程的存在都会产生很小但精确测量的温度升高，这可通过低温恒温器内的高度灵敏的温度检测器观察到。这些温度升高对应于核事件产生的光谱（基本上是释放出的能量）。两个中微子双β衰变会产生广谱。相反，无中微子双β衰变将在2528千电子伏特的能量处产生一个特征峰。研究人员正在寻找这个高峰。

CUORE实验位于意大利Apennine山脉最高的山下约一公里处，那里的岩石使它免受宇宙射线的影响。该位置以及实验设计使检测中微子双β衰变所需的灵敏度成为可能。

INFN格兰萨索国家实验室主任Stefano Ragazzi说：“今天的结果证明了其出色的敏感性。”“ INFN格兰萨索实验室为寻找马约拉纳中微子和暗物质颗粒的超稀有相互作用提供了一个世界范围的独特环境，并为在这些研究领域进行最敏感的实验而感到自豪。”

米兰-比可卡大学物理学名誉教授，该实验的创始人，名誉退休教授埃托尔·菲奥里尼说：“虽然还没有直接证据表明马约拉纳中微子，但我们的团队对CUORE处于有利地位感到乐观。”“存在各种竞争，其他实验使用互补技术来使CUORE大约同时打开。未来几年将非常令人兴奋。”

CUORE由意大利国家核物理研究所和意大利能源部科学办公室以及美国国家科学基金会共同资助。CUORE的合作由来自意大利，美国，中国，法国和西班牙的157位科学家组成，其总部位于称为INFN的意大利地下设施INFN Gran Sasso国家实验室（LNGS）。

美国CUORE团队由已故的斯图尔特·弗里德曼（Stuart Freedman）教授领导，直到他于2012年过世。之前未提及的CUORE合作的其他现有和前伯克利实验室成员包括美国承包商项目经理Sergio Zimmermann（工程部），前美国承包商项目经理Richard Kadel（物理部，已退休），Eugene Haller教授（UCB和材料科学部） ），资深科学家Jeffrey Beeman（MSD），Brian Fujikawa（核科学系），Sarah Morgan（工程学），Alan Smith（EH＆S），博士后Jacob Feintzeig（NSD）。Raul Hennings-Yeomans（UCB和NSD），Ke Han（NSD，现为耶鲁），Yuan Mei（NSD）和Vivek Singh（UCB和NSD），研究生Alexey Drobizhev和Sachi Wagaarachchi（UCB和NSD）以及工程师David Biare，Lucio di Paolo（NSD和LNGS）和Joseph Wallig（工程）。研究员Thomas Banks，博士后Thomas O'Donnell，研究生Jonathan Ouellet，都在加州大学伯克利分校和NSD的物理系，NSD的工作人员Brian Fujikawa和前NSD的博士后Ke Han（现为耶鲁大学）做出了重要贡献。的CUORE-0数据并准备发布结果。

图像：CUORE合作