中微子,，這一個(gè)神秘的粒子,，普通人從未見(jiàn)到過(guò)它，但是它無(wú)時(shí)無(wú)刻不在我們的身邊,，在自然界廣泛存在,。最關(guān)鍵的是它非常小，可以輕易穿透任何物質(zhì),，并且它與其他物質(zhì)的相互作用十分微弱,，每秒鐘通過(guò)我們眼睛的中微子數(shù)以十億計(jì)，每秒鐘會(huì)有1000萬(wàn)億個(gè)來(lái)自太陽(yáng)的中微子穿過(guò)每個(gè)人的身體,。當(dāng)然,，我們毫發(fā)無(wú)損，因?yàn)樗鼈兲×恕?/p>

盡管中微子看起來(lái)“毫不起眼”,，但是中微子的價(jià)值對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直不可估量。多年來(lái),，一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)一直隱在意大利中部的一座深山底下,，不知疲倦地從已知宇宙中最冷的立方米中收集最敏感的數(shù)據(jù)?？茖W(xué)家們正在尋找證據(jù),，證明被稱為中微子的幽靈粒子與它們自己的反物質(zhì)粒子是無(wú)法區(qū)分的。如果被證實(shí),，這一發(fā)現(xiàn)將解開(kāi)困擾物理學(xué)家們數(shù)十年的宇宙之謎：物質(zhì)究竟為什么存在?

反物質(zhì)

他們?cè)缇椭牢镔|(zhì)有一個(gè)被稱為反物質(zhì)的孿生兄弟,。對(duì)于宇宙中的每一個(gè)基本粒子來(lái)說(shuō)，都存在著一種反粒子,，它與它的同胞粒子幾乎完全相同,，質(zhì)量相同，但電荷相反,。當(dāng)粒子和反粒子面對(duì)面相遇時(shí),，它們會(huì)相互湮滅，產(chǎn)生純凈的能量,，物質(zhì)和反物質(zhì)之間有著明顯的完全對(duì)稱性,?？茖W(xué)家表示，每次你制造一件物質(zhì),，你也制造了一件平衡的反物質(zhì),，每次你摧毀一件物質(zhì)，你也會(huì)摧毀一件反物質(zhì),，也就是說(shuō)這世界上不可能存在一種沒(méi)有反物質(zhì)存在的物質(zhì),。

這種對(duì)稱性與我們目前對(duì)宇宙起源的理解相悖,。根據(jù)大爆炸理論,，當(dāng)宇宙在138億年前從一個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)膨脹時(shí)，人們相信有等量的物質(zhì)和反物質(zhì)存在,。然而,，今天當(dāng)天文學(xué)家觀察宇宙時(shí)，宇宙幾乎完全是由物質(zhì)組成的,，而它的孿生兄弟卻一個(gè)也沒(méi)有,。更可怕的是，如果《生活大爆炸》是正確的,，那么我們——是的,，人類——今天就不應(yīng)該在這里。

科學(xué)家表示,，“如果物質(zhì)和反物質(zhì)完全遵循這種對(duì)稱性,，那么隨著宇宙的進(jìn)化，所有的物質(zhì)和反物質(zhì)都將湮滅成光子,，恒星,、行星甚至人類細(xì)胞將沒(méi)有任何物質(zhì)。我們將不復(fù)存在,，然而,，現(xiàn)在我們依然存在，這是否意味著在宇宙進(jìn)化的某個(gè)時(shí)候,，部分核算體系崩潰了嗎？

這個(gè)問(wèn)題科學(xué)家目前想要解開(kāi)的答案,。在過(guò)去的兩年里，科學(xué)家收集并分析了來(lái)自意大利格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的CUORE(低溫地下觀測(cè)罕見(jiàn)事件)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù),，尋找能解開(kāi)宇宙之謎的確鑿證據(jù),。

CUORE實(shí)驗(yàn)：中微子探索

在格蘭薩索實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行CUORE實(shí)驗(yàn)的探測(cè)器被安裝在一個(gè)專門建造的潔凈室里，以保護(hù)它們免受自然發(fā)生的放射性物質(zhì)的傷害,。CUORE在意大利語(yǔ)中是“心”的意思,，它正在尋找證據(jù),，證明被稱為中微子的難以捉摸的亞原子粒子是它們自己的反粒子，物理學(xué)家稱之為馬略阿納粒子,。中微子像幽靈一樣穿過(guò)大多數(shù)物質(zhì),，極難被探測(cè)到。

而CUORE實(shí)驗(yàn)尋找的是馬約阿納中微子相互湮滅的特征,，這個(gè)過(guò)程被稱為無(wú)中微子雙衰變,。在普通的雙衰變中，原子核內(nèi)的兩個(gè)中子同時(shí)蛻變成兩個(gè)質(zhì)子,，釋放出一對(duì)電子和反中微子,。這一核事件雖然極為罕見(jiàn),，每1萬(wàn)億億年(10的20次方)才發(fā)生一次,，但在現(xiàn)實(shí)生活中已被觀察到。

然而,，如果研究人員是正確的，而且中微子是真正的馬略阿納粒子(它們是自己的反粒子),，那么在衰變過(guò)程中產(chǎn)生的兩個(gè)反中微子就會(huì)相互湮滅,，產(chǎn)生一個(gè)沒(méi)有中微子的雙貝塔衰變。結(jié)果呢,？只剩下電子,，它們是“普通物質(zhì)”。如果這一過(guò)程被證明是正確的,，那么它可能就是在早期宇宙中播撒普通物質(zhì)的原因,。然而，觀察這一過(guò)程則是另一回事,?？茖W(xué)家們估計(jì)，無(wú)中微子雙衰變(如果它存在的話)可能每十七億億年才發(fā)生一次(10^25),。

無(wú)中微子模式是科學(xué)家真正想尋找的答案,，它將打破規(guī)則，在沒(méi)有反物質(zhì)的情況下創(chuàng)造物質(zhì),，這將是真正解決物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱的第一個(gè)線索,。CUORE探測(cè)器從碲原子放射性衰變過(guò)程中產(chǎn)生的電子中尋找能量信號(hào)。

經(jīng)過(guò)十多年的改進(jìn),，CUORE儀器是已知宇宙中最冷的儀器。它由988塊由二氧化碲制成的立方晶體組成,，冷卻至10開(kāi)爾文,，即零下460華氏度(零下273攝氏度)，只比物理學(xué)允許的絕對(duì)零度高一點(diǎn)點(diǎn),。為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)免受外部粒子(如宇宙射線)的干擾,，探測(cè)器被包裹在一層厚厚的高純度鉛層中，這層鉛是從一艘2000年歷史的羅馬沉船中提取的,。

盡管科學(xué)家們已經(jīng)取得了技術(shù)上的成就，但發(fā)現(xiàn)無(wú)中微子事件并不是一件容易的事,。自2017年得出初步結(jié)果以來(lái)，研究人員收集的數(shù)據(jù)增加了三倍多,，這是迄今為止粒子探測(cè)器收集的最大數(shù)據(jù)集。然而他們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)無(wú)中微子雙衰變的證據(jù),。接下來(lái)科學(xué)家對(duì)馬約阿納中微子的預(yù)期質(zhì)量做出了更嚴(yán)格的限定，他們認(rèn)為該中微子至少比電子輕500萬(wàn)倍,。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在最初的五年運(yùn)行后對(duì)CUORE進(jìn)行升級(jí),，引入一種新型的晶體，他們希望這種晶體將極大地提高其靈敏度,。最終發(fā)現(xiàn)無(wú)中子的雙beta衰變,，或者一些更奇特、更意想不到的東西,。