為了證明物質(zhì)可以在沒(méi)有反物質(zhì)的情況下生成，意大利Gran Sasso地下實(shí)驗(yàn)室的GERDA實(shí)驗(yàn)正在尋找中微子雙β衰變的跡象。該實(shí)驗(yàn)在全世界范圍內(nèi)對(duì)于檢測(cè)所討論的衰變具有最大的靈敏度。為了進(jìn)一步提高成功的機(jī)會(huì)，后續(xù)項(xiàng)目LEGEND使用了更加精細(xì)的衰變實(shí)驗(yàn)。

雖然粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型自最初構(gòu)想以來(lái)基本保持不變，但對(duì)中微子的實(shí)驗(yàn)觀察已經(jīng)迫使中微子理論部分被重新考慮。

中微子振蕩是第一個(gè)與預(yù)測(cè)不一致的觀測(cè)結(jié)果，證明了中微子具有非零質(zhì)量，這一特性與標(biāo)準(zhǔn)模型相矛盾。2015年，這一發(fā)現(xiàn)獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

此外，長(zhǎng)期存在的猜想是中微子是所謂的馬約拉納粒子：與物質(zhì)的所有其他成分不同，中微子可能是他們自己的反粒子。這也可以解釋為什么在宇宙中存在比反物質(zhì)更多的物質(zhì)。

GERDA實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)搜索鍺同位素76 Ge 的中微子雙β 衰變來(lái)仔細(xì)檢查Majorana假設(shè)：76 Ge核內(nèi)的兩個(gè)中子同時(shí)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)質(zhì)子，發(fā)射兩個(gè)電子。標(biāo)準(zhǔn)模型中禁止這種衰變，因?yàn)槿鄙賰煞N反中微子 - 平衡反物質(zhì)。

多年來(lái)，慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)一直是GERDA項(xiàng)目(GERmanium探測(cè)器陣列)的重要合作伙伴。TUM研究小組負(fù)責(zé)人StefanSchönert教授是新LEGEND項(xiàng)目的發(fā)言人。

GERDA實(shí)驗(yàn)達(dá)到了極高的靈敏度

GERDA是第一個(gè)達(dá)到極低背景噪音水平的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在已超過(guò)10年26年衰變的半衰期靈敏度。換句話說(shuō)，GERDA證明該過(guò)程的半衰期至少為10 26年，即宇宙年齡的10,000,000,000,000,000倍。

物理學(xué)家知道，中微子比電子輕至少100,000倍，是下一個(gè)最重的粒子。然而，它們的確切質(zhì)量仍然未知，是另一個(gè)重要的研究課題。

在標(biāo)準(zhǔn)解釋中，中微子雙β衰變的半衰期與稱(chēng)為Majorana質(zhì)量的中微子質(zhì)量的特殊變體有關(guān)。根據(jù)新的GERDA限值和其他實(shí)驗(yàn)的限值，該質(zhì)量必須至少比電子的質(zhì)量小100萬(wàn)倍，或者在物理學(xué)家方面，小于0.07至0.16 eV / c 2。

在粒子物理學(xué)中，質(zhì)量不是以千克為單位，而是根據(jù)愛(ài)因斯坦方程式E = mc 2：電子伏特[eV]除以光速的平方。電子伏特是能量的量度。該慣例用于規(guī)避不可思議的小單位質(zhì)量：1 eV / c 2對(duì)應(yīng)于1.8×10 -36千克。

與其他實(shí)驗(yàn)一致

此外，其他實(shí)驗(yàn)限制了中微子質(zhì)量：普朗克任務(wù)對(duì)中微子質(zhì)量的另一種變體提供了限制 - 所有已知中微子類(lèi)型的質(zhì)量之和小于0.12至0.66 eV / c 2。

卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)的氚衰變實(shí)驗(yàn)KATRIN用于測(cè)量中微子質(zhì)量，未來(lái)幾年靈敏度約為0.2 eV / c 2。這些質(zhì)量不能直接比較，但它們提供了對(duì)中微子是馬約拉納粒子的范例的交叉檢查。到目前為止，沒(méi)有觀察到任何差異。

從GERDA到LEGEND

在報(bào)告的數(shù)據(jù)收集期間，GERDA操作的探測(cè)器總質(zhì)量為35.6千克76 Ge?，F(xiàn)在，一個(gè)新成立的國(guó)際合作項(xiàng)目LEGEND將把這個(gè)質(zhì)量增加到200公斤的76 Ge直到2021年并進(jìn)一步減少背景噪音。目標(biāo)是在未來(lái)五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)10 27年的靈敏度。