據(jù)EurekAlert!報道：粒子物理學家長期爭論的一個議題正有待被解決——雖然是以一種不那么激動人心的方式——而這一過程則得益于從地下深處的一個超靈敏粒子探測器上所獲得的最新數(shù)據(jù) 。正在意大利格蘭薩索國家實驗室運行位于地下1400米處的鍺探測器陣列（GERDA）的物理學家說，他們沒有看到一種被稱為“無中微子雙β衰變” 的假設類型的核衰變的跡象，如果這是一個決定性的觀察結(jié)果，那么該結(jié)果就幾乎會確定性地迎來諾貝爾獎 。新結(jié)果也鎖定了2001年一組競爭對手曾作出的斷言 。
粒子物理學家尋找“無中微子雙β衰變”的這類活動讓們納悶這些物理學家到底在研究什么 。普通的β衰變發(fā)生當原子內(nèi)的一個中子變成一個質(zhì)子并同時釋放出一個電子和一個反中微子——一種不帶電荷的、幾乎沒有質(zhì)量的粒子，這種粒子只與普通物質(zhì)發(fā)生極其微弱的相互作用——時 ， 這就發(fā)生了普通的β衰變 。我們知道，一些類型的原子核會經(jīng)歷一種更為罕見的衰變過程，而這個過程被稱為雙β衰變，在衰變中兩個中子同時轉(zhuǎn)變成兩個質(zhì)子，并同時會釋放出兩個電子和兩個反中微子 。然而，理論學家們也預言了雙β衰變中甚至存在一種更少見的形式，在這一過程中兩個中子衰變?yōu)閮蓚€質(zhì)子和兩個電子，但是不會出現(xiàn)反中微子 。
究竟為什么人們對這一過程如此感興趣呢?這關系到中微子的身份政治問題 。引發(fā)像β衰變這樣的核反應是可能的，在這樣的β衰變反應中，一個中子吸收一個中微子從而變成一個質(zhì)子和一個電子，但不會釋放出一個反中微子 。所以“無中微子雙β衰變”就像讓一個正常的β衰變與這種被觸發(fā)的反應合作一樣——前提是如果這個常規(guī)的β衰變釋放出的反中微子作為中微子在附加的核作用下被吸收的話 。也就是說，只有在中微子是其自己的反粒子的情況下，“無中微子雙β衰變”才能發(fā)生 。如果這是真的，那么中微子將是這種物質(zhì)和反物質(zhì)奇異混合能持有的唯一的物質(zhì)粒子 。（組成光的光子，就不是一種物質(zhì)，而是自己的反粒子 。）
這就是為什么物理學家們會特別關注2001年德國海德堡麥克斯•普朗克核物理實驗室的Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus和他的同事的宣稱，因為他們宣稱已經(jīng)觀測到了這種衰變 。在格蘭薩索“海德堡—莫斯科”實驗中，他們研究了11.5公斤富含 鍺- 76原子核的鍺，鍺- 76原子核是為數(shù)不多的、有可能進行這種衰變的具備恰好數(shù)量質(zhì)子和中子的原子核 。觀察這些材料13年后 ， Klapdor-Kleingrothaus和他的同事們聲稱：已經(jīng)從衰變中觀察到了明顯大量的衰變事件。然而，許多其他物理學家對他們的聲明提出了爭議 ， 這些物理學家們認為海德堡團隊在排除普通放射性衰變是造成該團隊作出上述假設的原因方面做得還不夠 。
GERDA研究人員旨在將海德堡團隊的報告付諸于測試 。由遍及歐洲19個科研院所及高校的物理學家組成團隊，該組織將利用一個填充了18公斤鍺的探測器進行了試驗，試驗的時間也遠遠縮短了，具體的測試時間是從2011年的11月到2013年的5月 。而探測器優(yōu)越的設施使得研究人員能夠更好地過濾掉背景電磁波譜——這種波譜已經(jīng)因為探測器深埋于地下而大大地減少了——該設備能夠針對這種罕見的衰變具備一個更高的靈敏度 。
GERDA沒有發(fā)現(xiàn)任何支持“無中微子雙β衰變”的證據(jù) 。7月16日，在格蘭薩索地面設施的一個研討會上 ， 德國慕尼黑工業(yè)大學物理學家Stefan Schönert與合作方的發(fā)言人解釋稱，實驗者測量了雙電子的能量，在Klapdor-Kleingrothaus和他的同事聲稱過量的能量范圍內(nèi)，看到了三個事件 。這幾乎完全符合對于背景事件的預期，Schönert稱 。“海德堡聲明很可能會被駁倒，”他說 。
最新的結(jié)果是“非常令人興奮的 。”美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的中微子物理學家Steven Elliott說，但結(jié)論還沒有塵埃落定 。“數(shù)據(jù)表明過去的說法很可能是不正確的，”他說 ， “但是，由于參與進來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)太少，可能仍然有一些回旋的余地 。”
【中微子是自己的反粒子嗎?】當然，這個結(jié)果并不能證明這種衰變是不可能發(fā)生的 ， 只是說迄今為止 ， 這種事件恰巧幾乎還沒有被觀測到過 。雖然Klapdor-Kleingrothaus領導的研究小組聲稱已經(jīng)觀察了半衰期為1.2x1025年的稀有衰變 ， Schönert解釋說 ， 相反，最新的結(jié)果暗示著該半衰期不小于2.1x1025年 。這僅僅宇宙年齡的百萬倍 。所以GERDA團隊將繼續(xù)進行這項研究 。今年晚些時候 ， 研究者將利用新的探測器模塊開始進行采集數(shù)據(jù)工作，所得數(shù)據(jù)的數(shù)量將是鍺- 76的雙倍，并將進一步將背景水平減少10倍。最終 ， 可能用重量為一噸的探測器來檢測稀有衰變的發(fā)生——如果這種衰變真的存在的話 。