中微子是自己的反粒子吗?

据EurekAlert!报道：粒子物理学家长期争论的一个议题正有待被解决——虽然是以一种不那么激动人心的方式——而这一过程则得益于从地下深处的一个超灵敏粒子探测器上所获得的最新数据。正在意大利格兰萨索国家实验室运行位于地下1400米处的锗探测器阵列（GERDA）的物理学家说，他们没有看到一种被称为“无中微子双β衰变” 的假设类型的核衰变的迹象，如果这是一个决定性的观察结果，那么该结果就几乎会确定性地迎来诺贝尔奖。新结果也锁定了2001年一组竞争对手曾作出的断言。

粒子物理学家寻找“无中微子双β衰变”的这类活动让们纳闷这些物理学家到底在研究什么。普通的β衰变发生当原子内的一个中子变成一个质子并同时释放出一个电子和一个反中微子——一种不带电荷的、几乎没有质量的粒子，这种粒子只与普通物质发生极其微弱的相互作用——时，这就发生了普通的β衰变。我们知道，一些类型的原子核会经历一种更为罕见的衰变过程，而这个过程被称为双β衰变，在衰变中两个中子同时转变成两个质子，并同时会释放出两个电子和两个反中微子。然而，理论学家们也预言了双β衰变中甚至存在一种更少见的形式，在这一过程中两个中子衰变为两个质子和两个电子，但是不会出现反中微子。

究竟为什么人们对这一过程如此感兴趣呢?这关系到中微子的身份政治问题。引发像β衰变这样的核反应是可能的，在这样的β衰变反应中，一个中子吸收一个中微子从而变成一个质子和一个电子，但不会释放出一个反中微子。所以“无中微子双β衰变”就像让一个正常的β衰变与这种被触发的反应合作一样——前提是如果这个常规的β衰变释放出的反中微子作为中微子在附加的核作用下被吸收的话。也就是说，只有在中微子是其自己的反粒子的情况下，“无中微子双β衰变”才能发生。如果这是真的，那么中微子将是这种物质和反物质奇异混合能持有的唯一的物质粒子。（组成光的光子，就不是一种物质，而是自己的反粒子。）

这就是为什么物理学家们会特别关注2001年德国海德堡麦克斯•普朗克核物理实验室的Hans Volker Klapdor-Kleingrothaus和他的同事的宣称，因为他们宣称已经观测到了这种衰变。在格兰萨索“海德堡—莫斯科”实验中，他们研究了11.5公斤富含 锗- 76原子核的锗，锗- 76原子核是为数不多的、有可能进行这种衰变的具备恰好数量质子和中子的原子核。观察这些材料13年后，Klapdor-Kleingrothaus和他的同事们声称：已经从衰变中观察到了明显大量的衰变事件 。然而，许多其他物理学家对他们的声明提出了争议，这些物理学家们认为海德堡团队在排除普通放射性衰变是造成该团队作出上述假设的原因方面做得还不够。

GERDA研究人员旨在将海德堡团队的报告付诸于测试。由遍及欧洲19个科研院所及高校的物理学家组成团队，该组织将利用一个填充了18公斤锗的探测器进行了试验，试验的时间也远远缩短了，具体的测试时间是从2011年的11月到2013年的5月。而探测器优越的设施使得研究人员能够更好地过滤掉背景电磁波谱——这种波谱已经因为探测器深埋于地下而大大地减少了——该设备能够针对这种罕见的衰变具备一个更高的灵敏度。

GERDA没有发现任何支持“无中微子双β衰变”的证据。7月16日，在格兰萨索地面设施的一个研讨会上，德国慕尼黑工业大学物理学家Stefan Schönert与合作方的发言人解释称，实验者测量了双电子的能量，在Klapdor-Kleingrothaus和他的同事声称过量的能量范围内，看到了三个事件。这几乎完全符合对于背景事件的预期，Schönert称。“海德堡声明很可能会被驳倒，”他说。

最新的结果是“非常令人兴奋的。”美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的中微子物理学家Steven Elliott说，但结论还没有尘埃落定。“数据表明过去的说法很可能是不正确的，”他说，“但是，由于参与进来的统计数据太少，可能仍然有一些回旋的余地。”

当然，这个结果并不能证明这种衰变是不可能发生的，只是说迄今为止，这种事件恰巧几乎还没有被观测到过。虽然Klapdor-Kleingrothaus领导的研究小组声称已经观察了半衰期为1.2x1025年的稀有衰变，Schönert解释说，相反，最新的结果暗示着该半衰期不小于2.1x1025年。这仅仅宇宙年龄的百万倍。所以GERDA团队将继续进行这项研究。今年晚些时候，研究者将利用新的探测器模块开始进行采集数据工作，所得数据的数量将是锗- 76的双倍，并将进一步将背景水平减少10倍 。最终，可能用重量为一吨的探测器来检测稀有衰变的发生——如果这种衰变真的存在的话。（神秘的地球uux.cn）