物理学家报告CUORE Neutrino实验的首先结果

安装在低温恒温器中的19个CUORE塔的仰视图。图像：CUORE合作

新数据可以阐明为什么宇宙比反物质更重要。

本周，一个国际物理学家团队，包括麻省理工学院的研究人员，正在报道一个旨在回答物理学最基本的问题之一的地下实验的第一个结果：为什么我们的宇宙大多是重要的？

根据理论，大爆炸应该产生相同的物质和反物质 - 后者由基本上镜像物质的“抗颗粒”组成的后者，只有与质子，电子，中子和其他颗粒对应相反的轴承电荷。然而，我们生活在一个明确的材料宇宙中，大多是由星系，星星，行星以及我们在我们周围看到的一切 - 以及非常小的反物质。

物理学家在大爆炸后的第一个时刻，某些过程必须倾斜的平衡。一种这样的理论过程涉及中微子 - 尽管几乎没有质量并且与其他物质几乎没有质量并与其他物质相互作用，但被认为渗透宇宙，每秒每秒都会通过我们的身体无害地流过巨大的血腥粒子。

中微子可能是它自己的抗披物品，这意味着它可能具有在本身的物质和反物质版之间改变的能力。如果是这种情况，物理学家认为这可能会解释宇宙的不平衡，因为在大爆炸后立即产生的较重的中微子，将不对称地腐烂，产生更多的物质，而不是反物质，也是他们自己的版本。

研究人员在低温恒温器上工作。图像：CUORE合作

一种方法来证实中微子是其自身的抗披肩，是检测称为“中性糖尿病双β腐烂”的超稀有过程，其中稳定同位素，例如碲或氙，释放出某些颗粒，包括电子和Anteineutrinos，因为它自然衰减。如果中微子确实是它自己的抗披痘，那么根据物理规则，antexyrinos应该相互抵消，这个衰变过程应该是“中性裔”。任何衡量该过程的衡量标准都应该仅记录从同位素逸出的电子。

被称为CUORE的地下实验，用于稀有事件的低温地下天文台，设计用于检测从二氧化碲988个晶体的自然衰减的中性粘土双β腐烂。在本周在物理审查信中发布的文件中，研究人员包括麻省理工学院的物理学家，关于CUORE收集的前两个月的报告（意大利语为“心脏”）。虽然他们尚未检测到Tellttale进程，但他们已经能够设置最严格的限制，即在这样一个过程应该采取的时间内，如果它根本存在。根据其结果，他们估计，最多，每10个碲化型双β腐烂，每10个碲化症（1是25零）岁月的单一原子应该经历中子素双β腐烂。

考虑到实验中的988个晶体中的大量原子，研究人员预测，在未来五年内，如果存在，他们应该能够检测至少五个正在进行这个过程的原子，如果存在，则提供中微子是其自身的明确证明antiparticle。

“这是一个非常罕见的过程 - 如果观察到，那将是曾经测量的最慢的事情，”核科学实验室成员和杰尔隆R. Zacharias职业发展助理教授在麻省理工学院，谁领导了分析。“这里的大兴奋是，我们能够一起运行998个晶体，现在我们正在尝试看到一些东西。”

Cuore Collaboration包括主要来自意大利和美国的大约150名科学家，包括Winslow和来自麻省理工学院的小组和研究生的小组。

宇宙中最冷的立方体

CUORE实验在意大利国家核物理学研究所（INFN）Gran Sasso国家实验室，埋藏在意大利中部的一座山区，以保护其免受来自外部刺激等辐射来自来源的辐射等山脉。在宇宙中。

实验的核心是由19塔组成的检测器，每个塔，每个含有二氧化碲的52个立方体形状的晶体，总共988个晶体，质量为约742千克，或1,600磅。科学家估计这种晶体的晶体含有约100个细节原子的特定碲同位素。电子和温度传感器连接到每个晶体，以监测衰减的迹象。

整个探测器位于超替代冰箱内，约为自动售货机的尺寸，其保持6毫升的稳定温度，或-459.6华氏度。协作的研究人员先前已经计算出这种冰箱是宇宙中存在的最寒冷的立方米。

实验需要保持非常冷，以检测由单个碲原子衰减产生的温度的微小变化。在正常的双β衰变过程中，碲原子释放出两个电子，以及两种抗内耳芽孢杆菌，其呈热量的某种能量。在中毒型双β衰减的情况下，两种抗内芽孢杆菌应该相互抵消，并且只会产生两个电子释放的能量。物理学家先前已经计算出这种能量必须约为2.5兆电极（MEV）。

在CUORE的前两个月的CUORE的运作中，科学家基本上一直在服用988碲晶体的温度，在2.5 MeV标记周围寻找能量中的任何微量峰值。

“Cuore就像一个巨大的温度计，”Winslow说。“无论何时在水晶上看到蓄热，最终都会看到一个可以数字化的脉冲。然后你经过并看看这些脉冲，脉冲的高度和宽度对应于在那里有多少能量。然后你放大并计算有多少事件为2.5 mev，我们基本上没有看到任何东西。这可能是好的，因为我们不会期望在数据的前两个月内看到任何东西。“

心脏会继续下去

结果或多或少的结果表明，在短的窗户内，在迄今为止的丘塞特的短窗中，检测器中的1,000个碲化碲原子中的一个是探测器双β腐烂的1,000个碲化碲原子之一。统计上讲，这意味着如果一个中微子实际上是它自己的抗披面物，它将需要至少10年的十年内或多年来进行这个过程。

“对于二氧化碲，这是我们曾经得到过的这个过程的寿命的最佳限制，”Winslow说。

CUORE将继续监测未来五年的晶体，研究人员正在设计实验的下一代，它们具有丘比特的下一代 - 一种探测器，它将在更大数量的原子内寻找相同的过程。超越丘比特，WinSlow说，在科学家可以做出明确的结论之前，可以获得一个更大的迭代，这是可能的。

“如果我们在10到15年内没有看到它，那么，除非自然选择真正奇怪的东西，中微子很可能不是它自己的antiparticle，”Winslow说。“粒子物理告诉你，中微子仍然有更多的蠕动空间仍然是自己的antiparticle，而是为了你而不是看到它。没有那么多隐藏的地方。“

该研究得到了意大利国家核物理研究所（INFN），国家科学基金会，Alfred P. Sloan基金会和美国能源部。

出版物：C. Alduino等，“”Cuore的第一个结果：通过0衰变的130te，“物理νββ评论信，2018; DOI：10.1103 / physrevlett.120.132501