低温恒温器中的19个CUORE塔的底视图低温恒温器中的19个CUORE塔的底视图

最初两个月的CUORE实验结果并未发现“无中微子双贝塔衰变”过程的任何线索。之所以探测这一过程是因为它证明中微子就是自身反物质粒子。如果确实发生这种衰变，那也极为罕见，平均每10到25年才发生一次。

CUORE实验的终极目标是，揭开宇宙的一个最大谜团，一个关乎我们为何存在的谜团。之所以存在这么一个谜团，是因为理论上的大爆炸应该让宇宙中的物质和反物质各占一半。两者相遇会发生湮灭，则两者都将不复存在。但观测结果显示，宇宙基本上由物质构成。科学家一直苦思反物质究竟发生了什么。为了揭开这个谜团，他们将目光投向中微子。（根据大爆炸理论，宇宙由一个致密炽热的奇点于138亿年前一次大爆炸后膨胀形成。）

反物质拥有与正常亚原子粒子相反的特性反物质拥有与正常亚原子粒子相反的特性

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什么是中微子？

中微子是微小的基本粒子，几乎没有任何质量。虽然个头不及原子，中微子却是自然界数量最多的粒子之一。与幽灵一样，它们能够悄无声息地穿过人体和墙壁，神不知鬼不觉。

绝大多数基本粒子都有与之对应的反物质粒子，被称之为“反粒子”。反粒子与正常粒子的质量相同，但携带不同电荷。相比之下，中微子是粒子家族的怪客，它们几乎没有任何质量，也不携带任何电荷。据物理学家猜测，中微子就是自身的反粒子。这样的“二合一”粒子被称之为“马约拉纳粒子”。

 

研究人员正在组装低温保持器研究人员正在组装低温保持器

法兰克福高级研究院的理论物理学家萨比纳·霍森菲尔德在接受《生活科学》杂志采访时表示：“我们提出的理论无法告诉我们，中微子究竟是不是马约拉纳粒子。这是一个非常有趣的问题，因为这意味着我们对中微子的认知存在空白。”霍森菲尔德所指的就是尚未得到解释的中微子怪异特征。他并未参与CUORE实验。

如果中微子是马约拉纳粒子，它们就够在物质和反物质之间切换。研究人员指出如果在宇宙诞生之初，绝大多数中微子变异成正常物质，便可以解释为什么当前的物质比例远超反物质，也就解释了我们为什么能够存在。

CUORE在无尘室组装，以防止遭到污染CUORE在无尘室组装，以防止遭到污染

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CUORE实验是什么？

在一个典型实验室研究中微子面临很大难度，因为它们极少与其它物质发生交互，同时也极难探测——每分钟有数十亿个中微子穿过你的身体，但你根本感觉不到它们的存在。此外，科学家也很难将它们与其它辐射源区分。这也就是为什么物理学家需要转入地下。为了探寻中微子，科学家将一个包裹着中微子探测器的巨型钢球放置到地下1600米。探测器由意大利国家核物理研究所的格兰萨索国家实验室操作。

格兰萨索实验室是CUORE实验的大本营。这项实验致力于寻找无中微子双贝塔衰变过程的证据。这个过程的存在能够证明中微子充当自身反粒子。在正常的双贝塔衰变过程中，核衰变并释放两个电子和两个反中微子。无中微子双贝塔衰变不会释放任何反中微子，因为反中微子能够充当自身反粒子，并彼此湮灭。

2017年10月23日，CUORE实验拉开帷幕2017年10月23日，CUORE实验拉开帷幕

为了“看到”这个过程，物理学家对一个碲同位素放射性衰变释放的能量（热量）进行观测。如果发生无中微子双贝塔衰变，会出现一个确定能量水平的峰值。为了精确探测和测量这种热能，科学家打造了已知宇宙内温度最低的一个立方米空间。它就像是一个巨型温度计，拥有近1000个二氧化碲晶体，在10毫开氏度（mK）下工作，相当于零下273.14摄氏度。随着放射性碲原子发生衰变，探测器搜寻能量峰值。

CUORE项目由200名科学家、工程师和技术人员参与，于最近公布了首批实验结果。他们的新论文刊登在3月26日的《物理评论快报》上。论文称两个月过后，CUORE实验并未发现任何无中微子双贝塔衰变证据。未来5年，他们将继续这项实验，以获取更多数据。只有实验持续足够长的时间，科学家才能最终排除或者发现中微子双贝塔衰变。

科学家检测CUORE的低温保持器科学家检测CUORE的低温保持器

耶鲁大学教授卡斯滕·赫格在接受《生活科学》采访时指出：“如果发现中微子就是自身反粒子，无疑具有非常重要的意义。这将迫使我们改写已经被普遍接受的标准粒子物理学模型。我们将意识到物质可以采取一个新的不同机制拥有质量。”

CUORE项目组成员、麻省理工学院物理学助理教授林德利·温斯罗对《生活科学》表示，即使CUORE实验无法明确证明中微子就是自身反粒子，研究中采用的技术也可用于其它用途。他说：“将CUORE冷却到10mK的技术，与用于冷却量子计算机超导电路的技术相同。下一代量子计算机可能装入CUORE型低温保持器。可以说，我们是第一个吃螃蟹的人。”