無中微子雙貝塔衰變研究取得進展

　　最近，由中國科學院上海應用物理研究所核物理研究室參與的國際無中微子雙貝塔合作組（CUORE：Cryogenic Underground Observatory for Rare Events）宣布了無中微子雙貝塔衰變研究取得重要進展。該成果來自位于意大利格蘭薩索國家地下實驗室CUORE實驗的第一階段CUORE0的科學結果，論文成果已在arXiv.org宣布，供全球物理學家參考。CUORE實驗的目的是為了驗證馬約拉納中微子是否存在，也就是說中微子是否是其自身的反粒子，這將使科學家能夠回答為什么宇宙中的正物質遠比反物質多得多，為什么人類能夠在宇宙中存在的根本原因。

　　CUORE合作組由來自意大利、美國、中國、西班牙、法國等國家的130多位科學家組成，來自上海應物所核物理室的團隊早在2006年就加入CUORE合作組，承擔主探測器材料Te、TeO2粉末以及硝酸、鹽酸等溶劑材料的樣品純度的高精度檢測，隨后參與了CUORE0、CUORE實驗的現場安裝、調試及實驗運行等工作。

　　CUORE實驗位于意大利中部亞平寧山脈最高的主峰之下1500多米的格蘭薩索國家地下實驗室，該實驗室隸屬于意大利國家核物理研究院，是世界上規模最大的地下實驗室，實驗室上方1500m的巖石屏蔽使宇宙射線的強度衰減了100萬倍，這給尋找極端稀有事件提供了絕佳的實驗環境。

　　CUORE實驗通過206公斤極高純度的130Te晶體來尋找可能發生的無中微子雙貝特衰變（0νDBD）,如果0νDBD發生，將給出馬約拉納中微子的絕對質量，從而得到超出粒子物理學標準模型的新物理的確鑿證據，由于此過程中沒有中微子發射，也將直接打破標準模型中的輕子數守恒定律。0νDBD是地球實驗室中探索中微子馬約拉納屬性的唯一可行方法，即便這種稀有過程能夠發生，這種衰變的半衰期也至少要比宇宙的壽命長一億億倍。

　　CUORE實驗由19個極高純度的TeO2晶體塔組成，每個晶體塔由52個晶體構成，988塊TeO2晶體總重741公斤；另外CUORE合作組還設計建造了能夠冷卻19個晶體塔至絕對零度附近（10mK）的低溫器，低溫期已于2014年9月份成功試運行，成功把1立方的體積冷卻到6mk,創造了宇宙中最冷的立方體。絕對零度附近的TeO2晶體是一個具有極高靈敏度的量熱探測器，實驗中通過TeO2晶體極其細小的溫度變化（μK）來測量單次核衰變釋放出來的能量。

　　 CUORE0實驗由一個TeO2晶體塔構成，新發布的CUORE0物理結果有兩方面意義：1）利用最新獲取的數據，同時聯合該實驗組之前CUORICINO實驗的數據，得到了0νDBD目前為止最嚴格的約束：> 4.0×1024 yr, (90%置信度)，得出有效馬約拉納中微子質量<270~760meV；2）過去兩年CUORE0的數據完全證實了CUORE在創新設計、材料極高純度和表面污染控制、高精度安裝等方面都是非常可靠的，至2015年底，世界上體積最大最冷的低溫器將冷卻CUORE的全部19個塔到接近絕對零度并開始取數據。CUORE0實驗是目前世界上最大的在絕對零度附近工作的探測器，比CUORE0規模大將近20倍的CUORE實驗將以前所未有的靈敏度研究與馬約拉納中微子相關的核過程。雖然目前的數據還沒有足夠跡象表明0νDBD能夠發生，但CUORE實驗創始發言人EttoreFiorini說目前CUORE已經具有很大的潛力來發現0νDBD，于此同時，世界上和CUORE技術互補的實驗也在抓緊推進中，接下來的幾年將是令人十分興奮的。

左圖：CUORE0在意大利格蘭薩索國家地下實驗室潔凈室中組裝；右圖：CUORE合作組設計建造的世界上最大溫度最低的低溫器。