科研進展

PandaX 实验组发表首个寻找马约拉纳中微子结果

上海交通大學牽頭的PandaX合作組近期在“中國物理C”雜志(IF=5.86)以“編輯推薦”的形式發表了首個利用液氙探測器尋找馬約拉納中微子的實驗結果。他們的實驗表明,核同位素136Xe通過馬約拉納中微子而産生的衰變壽命大于2.1x1023年, 即两千一百万亿亿年,比宇宙的年龄长了约15万亿倍。这是在中国本土物理实验中探测到最长的核素衰变寿命下限。该结果也能解释为马约拉纳电子中微子有效质量的上限,mee < 1.4~3.7eV/c2(電子伏特)。

馬約拉納粒子是一種粒子和反粒子無法區分的費米子,由意大利理論物理學家馬約拉納(Majorana)在1937年理論上提出。他並認爲中微子有可能就是這類粒子。如果實驗上能驗證馬約拉納的預言,物理學的一條重要定律---輕子數守恒---將被證明是錯誤的。這個結論將能幫助解釋宇宙學中一個重要謎團:爲什麽宇宙中的物質遠多于反物質?凝聚態中的類似馬約拉納粒子性質的元激發也是進行拓撲量子計算的重要元件。

粒子物理學家試圖通過尋找一類原子核的稀有衰變,無中微子雙貝塔衰變,來證明中微子是馬約拉納費米子。世界上有多個合作組在過去的近半個世紀中用多種不同的方法來尋找無中微子雙貝塔衰變。使用液氙暗物質探測器來尋找核同位素136Xe的無中微子雙貝塔衰變是在世界上還是首次。PandaX-II探測器裏面自然氙中帶有的約50公斤的同位素136Xe,通過暗物質探測運行積累的400余天數據,PandaX-II合作組給出了第一個液氙探測器的無中微子雙貝塔衰變物理結果。盡管其結果相比世界最先進的探測結果還有一定的差距,但證明了未來更大規模的液氙暗物質探測器將可以和世界最先進的探測技術進行競爭。

PandaX实验的无中微子双贝塔衰变的研究由交大特别研究員韩柯与博士生倪恺翔牵头完成的。韩柯在回国前是耶鲁大学物理系副研究員,一直是国际最重要的无中微子双贝塔衰变实验之一、意大利CUORE实验的重要骨干。

論文鏈接:http://hepnp.ihep.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-1137/43/11/113001