在意大利一座山的深处，已知宇宙中最冷的立方体中，科学家们正在寻找证据，证明幽灵粒子——中微子作为它们自己的反物质，这些研究人员的发现可以解释宇宙中物质和反物质的不平衡。到目前为止，他们一无所获。在意大利的格朗萨索(Gran Sasso)实验的前两个月(低温地下观测站)的最新研究结果显示，没有任何迹象表明，由宇宙射线产生的中微子是他们自己的反物质。这意味着如果发生过程，很少发生，大约10 ^ 25年才发生一次。
意大利核物理研究所的Gran Sasso国家实验室位于距罗马60英里外的格兰萨索山(Gran Sasso)表面下近一英里处。图片：Paolo Lombardi INFN-MI
这个实验的最终目标是解决宇宙中最持久谜团之一，也就是说我们甚至不应该存在。这个谜题之所以存在，是因为理论上的大爆炸——据说一个微小的奇点在超过138亿年的时间内膨胀形成了宇宙——应该会导致宇宙中有50%的物质和50%的反物质。当物质和反物质相遇时就会湮灭，彼此不存在。但这不是我们今天看到的。相反宇宙大部分都是物质，科学家们正在努力发现所有反物质发生了什么；这就是中微子的来源。
中微子是什么？
中微子是极小的基本粒子，几乎没有质量。每个原子都比原子小，但它们是自然界中最丰富的粒子。就像鬼魂一样可以在没有人(甚至是中微子)注意到的情况下穿过人群和墙壁。大多数基本粒子都有一个奇怪的反物质粒子，叫做反粒子，质量与它的正常物质质量相同，但电荷相反。但是中微子本身就有点奇怪，因为它们几乎没有质量，而且它们是没有电荷。所以物理学家推测，它可能是它自己的反粒子。当一个粒子充当它自己的反粒子时，它被称为马约喇纳粒子。
目前的理论并没有告诉我们中微子是否属于马约喇纳型。这是一件非常有趣的事情，因为我们知道已经错过了中微子，中微子的奇异的无法解释特征。如果中微子是主要的，那么它们就能够在物质和反物质之间进行转换。研究人员说，如果大多数中微子在宇宙诞生时变成了普通物质，这就可以解释为什么物质在今天比反物质更重要——以及为什么我们存在。
在一个典型的实验室里研究中微子是很困难的，因为很少与其他物质发生相互作用，而且很难被发现——每一分钟都有数十亿次的检测通过你的身体。也很难区分它们与其他辐射源。这就是为什么物理学家需要到地下——离地球表面近1英里(1.6公里)的地方——在那里，一个巨大的钢圈包围着由意大利国家核物理研究所(National Institute for Nuclear Physics)的格兰萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)运行的中微子探测器。这个实验室是CUORE实验的发源地，它正在寻找一种被称为中微子双衰变的过程的证据——另一种说法是中微子是他们自己的反粒子。在正常的双衰变过程中，一个原子核衰变，释放出两个电子和两个反中微子。然而中微子的双衰变不会产生任何反中微子，因为这些反中微子可以作为它们自己的反粒子，并且会湮灭彼此。
在他们试图“看到”这个过程的过程中，物理学家们观察到在碲同位素的放射性衰变过程中所释放出的能量(以热量的形式)。如果中微子的双衰变发生，在一定的能量水平上会有一个峰值。为了准确地探测和测量这种热能，研究人员在已知的宇宙中制造了最冷的立方米。他们把它比作一个巨大的温度计，里面有近1000个碲酸盐(TeO2)的晶体，它的运行速度是10毫开尔文(mK)，即零下459.652华氏度(零下273.14摄氏度)。当放射性碲原子衰变时，这些探测器会寻找能量峰值。
CUORE合作——一个由200名科学家、工程师和技术人员组成的团队——发布了他们的第一个成果。他们的新论文发表在3月26日的《物理评论快报》(Physical Review Letters)上，揭示了该实验在两个月后没有表现出任何中性的双衰变。然而他们表示计划再进行5年的实验，以收集更多的数据——绝对排除(或发现)中微子双衰变所需要的时间。中微子是它们自己的反粒子的观测将是一个重大发现，并要求我们重写普遍接受的粒子物理标准模型。”它会告诉我们，物质有一种新而不同的机制。
麻省理工学院(Massachusetts Institute of technology)物理学助理教授林德利·温斯洛(Lindley Winslow)说，即使库雷不能肯定地表明中微子是它自己的反粒子，该研究中使用的技术可能还有其他用途。将CUORE降至10 mK的技术与用于为量子计算冷却超导电路的技术是一样的。下一代的量子计算机可能在一种cuore式的低温恒温器(一种保持温度极冷的装置)。
博科园-科学科普｜Lana Bandoim/Live Science
