中微子是名副其實的“幽靈粒子”， 它們能夠悄無聲息地穿過人體和牆壁， 神不知鬼不覺。
地下1600米的義大利格蘭薩索國家實驗室，
01
本應各占一半
在義大利格蘭薩索山的地下深處， 一個已知宇宙內溫度最低的立方米空間， 科學家正在搜尋中微子充當自己反物質粒子的證據。 這就是著名的CUORE（針對罕見事件的低溫地下觀測站）實驗。 中微子由宇宙輻射產生， 素有“幽靈粒子”之稱。 CUORE實驗得出的發現或許能夠解釋宇宙內物質與反物質的嚴重失衡現象。 但迄今為止， 科學家一無所獲。
低溫恒溫器中的19個CUORE塔的底視圖
最初兩個月的CUORE實驗結果並未發現“無中微子雙貝塔衰變”過程的任何線索。 之所以探測這一過程是因為它證明中微子就是自身反物質粒子。 如果確實發生這種衰變， 那也極為罕見， 平均每10到25年才發生一次。
CUORE實驗的終極目標是， 揭開宇宙的一個最大謎團， 一個關乎我們為何存在的謎團。 之所以存在這麼一個謎團， 是因為理論上的大爆炸應該讓宇宙中的物質和反物質各占一半。 兩者相遇會發生湮滅， 則兩者都將不復存在。 但觀測結果顯示， 宇宙基本上由物質構成。
反物質擁有與正常亞原子粒子相反的特性
02
什麼是中微子？
中微子是微小的基本粒子，
絕大多數基本粒子都有與之對應的反物質粒子， 被稱之為“反粒子”。 反粒子與正常粒子的品質相同， 但攜帶不同電荷。 相比之下， 中微子是粒子家族的怪客， 它們幾乎沒有任何品質， 也不攜帶任何電荷。 據物理學家猜測， 中微子就是自身的反粒子。 這樣的“二合一”粒子被稱之為“馬約拉納粒子”。
研究人員正在組裝低溫保持器
法蘭克福高級研究院的理論物理學家薩比納·霍森菲爾德在接受《生活科學》雜誌採訪時表示：“我們提出的理論無法告訴我們， 中微子究竟是不是馬約拉納粒子。 這是一個非常有趣的問題， 因為這意味著我們對中微子的認知存在空白。 ”霍森菲爾德所指的就是尚未得到解釋的中微子怪異特徵。 他並未參與CUORE實驗。
如果中微子是馬約拉納粒子， 它們就夠在物質和反物質之間切換。 研究人員指出如果在宇宙誕生之初， 絕大多數中微子變異成正常物質，便可以解釋為什麼當前的物質比例遠超反物質，也就解釋了我們為什麼能夠存在。
CUORE在無塵室組裝，以防止遭到污染
03
CUORE實驗是什麼？
在一個典型實驗室研究中微子面臨很大難度，因為它們極少與其它物質發生交互，同時也極難探測——每分鐘有數十億個中微子穿過你的身體，但你根本感覺不到它們的存在。此外，科學家也很難將它們與其它輻射源區分。這也就是為什麼物理學家需要轉入地下。為了探尋中微子，科學家將一個包裹著中微子探測器的巨型鋼球放置到地下1600米。探測器由義大利國家核子物理研究所的格蘭薩索國家實驗室操作。
格蘭薩索實驗室是CUORE實驗的大本營。這項實驗致力於尋找無中微子雙貝塔衰變過程的證據。這個過程的存在能夠證明中微子充當自身反粒子。在正常的雙貝塔衰變過程中，核衰變並釋放兩個電子和兩個反中微子。無中微子雙貝塔衰變不會釋放任何反中微子，因為反中微子能夠充當自身反粒子，並彼此湮滅。
2017年10月23日，CUORE實驗拉開帷幕
為了“看到”這個過程，物理學家對一個碲同位素放射性衰變釋放的能量（熱量）進行觀測。如果發生無中微子雙貝塔衰變，會出現一個確定能量水準的峰值。為了精確探測和測量這種熱能，科學家打造了已知宇宙內溫度最低的一個立方米空間。它就像是一個巨型溫度計，擁有近1000個二氧化碲晶體，在10毫開氏度（mK）下工作，相當於零下273.14攝氏度。隨著放射性碲原子發生衰變，探測器搜尋能量峰值。
CUORE專案由200名科學家、工程師和技術人員參與，于最近公佈了首批實驗結果。他們的新論文刊登在3月26日的《物理評論快報》上。論文稱兩個月過後，CUORE實驗並未發現任何無中微子雙貝塔衰變證據。未來5年，他們將繼續這項實驗，以獲取更多資料。只有實驗持續足夠長的時間，科學家才能最終排除或者發現中微子雙貝塔衰變。
科學家檢測CUORE的低溫保持器
耶魯大學教授卡斯滕·赫格在接受《生活科學》採訪時指出：“如果發現中微子就是自身反粒子，無疑具有非常重要的意義。這將迫使我們改寫已經被普遍接受的標準粒子物理學模型。我們將意識到物質可以採取一個新的不同機制擁有品質。”
CUORE專案組成員、麻省理工學院物理學助理教授林德利·溫斯羅對《生活科學》表示，即使CUORE實驗無法明確證明中微子就是自身反粒子，研究中採用的技術也可用於其它用途。他說：“將CUORE冷卻到10mK的技術，與用於冷卻量子電腦超導電路的技術相同。下一代量子電腦可能裝入CUORE型低溫保持器。可以說，我們是第一個吃螃蟹的人。”
絕大多數中微子變異成正常物質，便可以解釋為什麼當前的物質比例遠超反物質，也就解釋了我們為什麼能夠存在。
CUORE在無塵室組裝，以防止遭到污染
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CUORE實驗是什麼？
在一個典型實驗室研究中微子面臨很大難度，因為它們極少與其它物質發生交互，同時也極難探測——每分鐘有數十億個中微子穿過你的身體，但你根本感覺不到它們的存在。此外，科學家也很難將它們與其它輻射源區分。這也就是為什麼物理學家需要轉入地下。為了探尋中微子，科學家將一個包裹著中微子探測器的巨型鋼球放置到地下1600米。探測器由義大利國家核子物理研究所的格蘭薩索國家實驗室操作。
格蘭薩索實驗室是CUORE實驗的大本營。這項實驗致力於尋找無中微子雙貝塔衰變過程的證據。這個過程的存在能夠證明中微子充當自身反粒子。在正常的雙貝塔衰變過程中，核衰變並釋放兩個電子和兩個反中微子。無中微子雙貝塔衰變不會釋放任何反中微子，因為反中微子能夠充當自身反粒子，並彼此湮滅。
2017年10月23日，CUORE實驗拉開帷幕
為了“看到”這個過程，物理學家對一個碲同位素放射性衰變釋放的能量（熱量）進行觀測。如果發生無中微子雙貝塔衰變，會出現一個確定能量水準的峰值。為了精確探測和測量這種熱能，科學家打造了已知宇宙內溫度最低的一個立方米空間。它就像是一個巨型溫度計，擁有近1000個二氧化碲晶體，在10毫開氏度（mK）下工作，相當於零下273.14攝氏度。隨著放射性碲原子發生衰變，探測器搜尋能量峰值。
CUORE專案由200名科學家、工程師和技術人員參與，于最近公佈了首批實驗結果。他們的新論文刊登在3月26日的《物理評論快報》上。論文稱兩個月過後，CUORE實驗並未發現任何無中微子雙貝塔衰變證據。未來5年，他們將繼續這項實驗，以獲取更多資料。只有實驗持續足夠長的時間，科學家才能最終排除或者發現中微子雙貝塔衰變。
科學家檢測CUORE的低溫保持器
耶魯大學教授卡斯滕·赫格在接受《生活科學》採訪時指出：“如果發現中微子就是自身反粒子，無疑具有非常重要的意義。這將迫使我們改寫已經被普遍接受的標準粒子物理學模型。我們將意識到物質可以採取一個新的不同機制擁有品質。”
CUORE專案組成員、麻省理工學院物理學助理教授林德利·溫斯羅對《生活科學》表示，即使CUORE實驗無法明確證明中微子就是自身反粒子，研究中採用的技術也可用於其它用途。他說：“將CUORE冷卻到10mK的技術，與用於冷卻量子電腦超導電路的技術相同。下一代量子電腦可能裝入CUORE型低溫保持器。可以說，我們是第一個吃螃蟹的人。”