地下中微子实验搜查中微子双β腐烂

研究人员在低温恒温器的精细接线上工作，这就像在真空下的热水瓶，使探测器是Majorana Sextsator的心脏。实验的2个低温恒温器每个房子29锗探测器 - 二极管，即反向偏置，这意味着没有电流流动，因为晶体没有游离电子或“孔”（电子避开时产生的正电荷）以允许充电运动。当在双β衰减期间产生高能电子（β粒子）时，电子将散射从其他电子散射并产生在锗内部移动的电子孔对，并在检测器内部产生电荷脉冲。同轴电缆将探测器连接到敏感的电子设备，可以测量这种微小脉冲的到来。“研究人员放大了脉冲并测量其高度，从该P出来，产生了电子孔对的能量，”Ornl的David Radford表示。“创建的电子空穴对的数量与释放的能量成比例。”这种能量用于区分原始电子通过释放两个中微子或没有中微子的过程产生。

如果在130亿多年前在大爆炸中形成了平等的物质和反物质，那么就会在会议上歼灭，今天的宇宙会充满能源，但无论形成星星，行星和生活。然而，现在存在。这一事实表明，描述了描述子原子颗粒和其抗粒子之间对称性的标准模型方程是错误的。在一项研究中发布的物理审查信中，Majorana Sextsator的合作者，由能源橡树岭国家实验室的实验，已经表明，他们可以保护敏感，可扩展的44​​公斤锗探测器阵列从背景放射性屏蔽。

这种成就对于开发和提出更大的未来实验至关重要 - 大约一吨探测器 - 研究中微子的性质。这些电中性颗粒仅对物质弱相互作用，使其检测非常困难。

“过度的反症问题是科学中最引人注目的奥秘之一，”Ornl和北卡罗来纳大学教堂山山丘大学John Wilkerson说。Wilkerson领导了Majorana Sextsator，它涉及来自27个机构和6个国家的129名研究人员。“我们的实验旨在观察原子核中称为”中毒性双β腐烂“的现象。观察结果将表明中微域是他们自己的安替族，对我们对宇宙的理解具有深远的影响。此外，这些测量可以提供对中微子质量的更好理解。“

在2015年美国核科学咨询委员会向能源部和国家科学基金会的报告中，美国LED吨级实验检测中微子双β衰变被认为是核物理界的最优先事项。几个十二次分歧都寻求中微子双β衰变，并且已经提出了未来的未来实验。他们成功的一个键取决于避免可能模拟中性抑制双β衰变的信号的背景。

这是Majorana Sextsator的关键完成。其实施已于2016年9月在南达科他州完成，近乎一英里地下在地下的地下研究设施。在近一英里的岩石下寻找实验是合作者的第一个合作者降低了从背景的干扰。其他步骤包括由世界上最纯铜和复杂的六层屏蔽的低温恒温器，以消除来自宇宙射线，氡，灰尘，指纹和天然存在的放射性同位素的干扰。

“如果您要搜查中性粘土双β腐烂，就知道放射性背景不会压倒你所寻求的信号是至关重要的，”Ornl的David Radford是该实验的主导科学家。

原子核有很多方法会分崩离析。当核内部发出电子（称为“β”）和Anteineutrino以成为质子时，发生常见的衰减模式。在两个中微子双β衰减中，两个中子同时衰减，以产生两个质子，两个电子和两种anteineutrinos。该过程已被观察到。Majorana Collaboration寻求证据表明从未观察过的类似衰减过程，其中没有放映Neutrinos。

保护诸如不参与强互动的电子，μONs或中微子粒子如电子，μONs或中微子的数量 - 被写入物理标准模型。“没有真正的好处，只是看起来就像这样的观察一样，”拉迪福德说。“但如果Lepton号码不保守，当添加到我们认为在早期宇宙中发生的流程时，这可能有助于解释为什么要多于反物质。”

许多理论家认为Lepton数量不保守，即中微子和抗内氨基 - 这被认为具有相对的Lepton编号 - 以不同方式旋转相同的粒子。意大利物理学家Ettore Majorana于1937年介绍了该概念，预测是它们自己的患者的粒子的存在。

Majorana Sextaper使用锗晶体作为双β衰减的来源和检测它的手段。锗-76（GE-76）衰减变成硒-76，具有较小的质量。当锗衰减时，质量被转换为由电子和anteintrinos传递的能量。“如果所有能量都进入电子，那么没有用于中微子，”Radford说。“这是我们发现我们正在寻找的活动的明确标识符。”

科学家通过其能量签名来区分双中微子与中毒衰减模式。“这是我们的实验检测中微子的常见误解，”华盛顿大学的Jason Detwiler说，他是一个用于Majorana合作的共同发言人。“说它几乎是令人闻意的，但我们正在寻找没有中微子的缺席。在中性粘土衰减中，释放的能量始终是特定的价值。在两个中微子版本中，释放的能量变化但总比中微子双β腐烂总是小。“

Majorana Sextsator表明，GE-76的中微子双β衰减半衰期至少是宇宙年龄的1025年 - 15个数量级。因此，不可能等待单一锗核来腐烂。南卡罗来纳州大学的Co-Shokesperson Guiseppe解释说：“我们长期以来一直观看一段时间长期观看一个核心的不可能性

Guiseppe表示，在GE-76中发现中微子DOUTLINOS DOUD-BETA衰减的可能性是每10万双级双β衰变的稀有稀有的稀有稀有。使用含有大量锗原子的探测器增加了发现稀有腐蚀的概率。2015年6月至2017年3月，科学家观察到中微子腐烂的能量轮廓没有任何事件，尚未观察到的过程（预计探测器中少量锗核）。但是，鼓励他们看到许多事件与双中子衰变的能量曲线，验证探测器可以发现已经观察到的衰变过程。

Majorana协作的结果与意大利竞争实验的新结果一致称为GERDA（用于锗探测器阵列），这采用互补方法来研究同样的现象。拉丁福德说：“马克拉纳州示威者和格尔达一起拥有任何中微子双β衰变实验的最低背景。”

示威者旨在通过展示背景可以低于建立较大的探测器来为TON级实验奠定基础。正如更大的望远镜收集更多的光线并且能够观察微弱的物体，增加锗的质量允许观察稀有腐烂的更大可能性。锗比目前的实验更多，计划的一吨实验将能够每年发现只有一个锗核的中毒性双β腐烂。

Majorana Sextaper计划继续采取两三年的数据。同时，与GERDA的合并在于开发可能的单吨探测器的作品中，计划在待确定的网站上以阶段构建。

传奇200，传说示威者和迈向可能的未来吨级实验，将是格尔达，马德纳和新探测器的组合。科学家希望在2021年度开始传说200的第一阶段。一个吨级实验，传奇1000，将是下一阶段，如果批准。“这项合并利用了Majorana Sexperator和Gerda的公共投资通过结合每个人的最佳技术，”传说协作共同发言人（和长时间的Majorana发言人直到去年）Steve Elliott of Los Alamos国家实验室。

出版物：C.E. AALSETH，等，“在76GE与Majorana Sextarator中搜寻中子瘤双β腐烂，”物理。莱特牧师120,132502,2018; DOI：10.1103 / physrevlett.120.132502