以前未观察到的各种放射性可能解释了为什么存在物质-包括人类。 一个物理学家团队发起了一项实验,以寻找不寻常的现象

根据现代理论,大约137亿年前,当宇宙形成时,物质及其奇特的相对物质反物质在大爆炸期间会等量出现。 物理学家知道,当这两个实体接触时,它们便会灭绝。 但是在这种情况下,除了光子和中微子之外,空间中什么也没有。 然而,我们存在。 计算表明,反物质问题要多得多-但是为什么呢?
一种解释这种不对称性的方法是寻找两种物质之间的差异,但可以解释普通物质优势的电荷除外。 在现代物理学中,这是一个非常大的问题,因为根据现代理论,它们的行为应相同。
奇怪的中微子
在这项研究中,物理学家正在努力实现无
中微子双β衰变 。 通常,在β衰变中,放射性原子的不稳定核失去中子。 中子变成质子,发射电子和一个小粒子,即电子反中微子。 还有一种镜像情况,质子变成中子,发出正电子和电子中微子-反中微子的孪晶。 当发射两个电子和两个反中微子时,发生双重β衰变:实际上,两次β衰变发生。 长期以来,科学家一直在建立有关该过程的无中微子形式的理论-中微子在离开原子之前会an灭。 在这种情况下,中微子表现为自身的反粒子。
行为类似于自己的反粒子的粒子被称为Majorana费米子-以纪念意大利物理学家Ettor Majorana于1937年对此主题做出的假设。
如果中微子和反中微子的行为不同,这可以帮助解释为什么在宇宙形成时所有物质都没有被消灭。
寻找衰变
锗传感器
阵列 ,
锗探测器阵列或GERDA的发言人Bernhard Schwingenheuer说,但是这种事件很难检测到,因为它受到强烈的“背景噪音”的阻碍。 噪音的原因是宇宙射线。

GERDA设施藏在意大利的一个地下实验室中,由装在一个装有液态氩的浴缸中的传感器组成,液态氩中富含中等放射性的76锗同位素。 它的半衰期为1.78 x 10
21 (17.8万亿年)-它的一半原子变成硒需要很长时间。 这个时间比宇宙的存在长几个数量级。
通常,锗在缓慢衰变期间会发射两个电子和两个电子反中微子,这是通常的双β衰变。 物理学家想知道没有中微子是否会发生这种衰变。
鉴于半衰期如此之长,人们会认为期待这样的事件花费太长时间。 但是半衰期是一种概率现象。 这就是为什么该研究使用约38千克锗与液态氩混合的原因。 这提供了约4.5 x 10
25个原子,这意味着几个原子必须在观察期间直接衰减。
GERDA团队从2015年12月到2016年6月收集了七个月的数据。他们没有检测到衰变,但能够为其发生频率设定下限:其半衰期为5.3 x 10
25年,这意味着有机会看到一个衰变。在这段时间内,原子等于50%。
扩展标准模型
如果检测到衰变,这将意味着中微子像光子一样是自身的反粒子。 否则,将不会发生无中微子的衰变。 这也意味着这种放射性衰变是不对称的。 回想一下,β衰变具有镜像形式-发射电子和反中微子,或者发射正电子和中微子。 如果双β衰减是不对称的,则意味着中微子和反中微子的行为不同。 对于其他成对的颗粒/反颗粒则不是这样。
这种现象将影响标准模型,尽管该模型非常成功地解释了粒子物理学,但仍不完整。 该模型预测了希格斯玻色子的存在。 但是施温根霍伊尔指出,有证据表明中微子的质量很小(仅在1998年被发现,并于2015年获得诺贝尔奖),并且有暗物质存在的迹象。 所有这些表明标准模型还没有成为科学的硬道理。
杜克大学物理学助理教授菲利普·巴博说:“如果检测到无中微子双β衰变,我们可以解决两个问题。” “首先,它将有助于解释宇宙中物质-反物质的不对称性。 其次,它将有助于理解为什么中微子具有如此小的质量。 我们还将能够估计中微子的质量,因为衰减率与中微子的质量尺度有关。”
然后剩下的是了解过程的物理原理。 GERDA项目尚未显示出理想的衰减,但这并不意味着他不会找到它,正如Schwingenhöyer所说。 不可能完全消除这种处理的可能性,因为总会存在其出现所需的时间比想像的更长的可能性。 迄今为止,他们已经为半衰期设置了下限,但是未来的实验可能会增加该值。
如果经过多次运行仍然看不到衰减,那么Barbot认为这不太可能为新的科学模型开辟道路。 “从基础理论的角度来看,我们不会返回计算。 我们根本不知道中微子是否是马约拉纳费米子。”