在義大利一座山的深處，已知宇宙中最冷的立方體中，科學家們正在尋找證據，證明幽靈粒子——中微子作為它們自己的反物質，這些研究人員的發現可以解釋宇宙中物質和反物質的不平衡。到目前為止，他們一無所獲。在義大利的格朗薩索(Gran Sasso)實驗的前兩個月(低溫地下觀測站)的最新研究結果顯示，沒有任何跡象表明，由宇宙射線產生的中微子是他們自己的反物質。這意味著如果發生過程，很少發生，大約10 ^ 25年才發生一次。

義大利核物理研究所的Gran Sasso國家實驗室位於距羅馬60英里外的格蘭薩索山(Gran Sasso)表面下近一英里處。圖片：Paolo Lombardi INFN-MI

這個實驗的最終目標是解決宇宙中最持久謎團之一，也就是說我們甚至不應該存在。這個謎題之所以存在，是因為理論上的大爆炸——據說一個微小的奇點在超過138億年的時間內膨脹形成了宇宙——應該會導致宇宙中有50%的物質和50%的反物質。當物質和反物質相遇時就會湮滅，彼此不存在。但這不是我們今天看到的。相反宇宙大部分都是物質，科學家們正在努力發現所有反物質發生了什麼；這就是中微子的來源。

中微子是什麼？

中微子是極小的基本粒子，幾乎沒有質量。每個原子都比原子小，但它們是自然界中最豐富的粒子。就像鬼魂一樣可以在沒有人(甚至是中微子)注意到的情況下穿過人群和牆壁。大多數基本粒子都有一個奇怪的反物質粒子，叫做反粒子，質量與它的正常物質質量相同，但電荷相反。但是中微子本身就有點奇怪，因為它們幾乎沒有質量，而且它們是沒有電荷。所以物理學家推測，它可能是它自己的反粒子。當一個粒子充當它自己的反粒子時，它被稱為馬約喇納粒子。

目前的理論並沒有告訴我們中微子是否屬於馬約喇納型。這是一件非常有趣的事情，因為我們知道已經錯過了中微子，中微子的奇異的無法解釋特徵。如果中微子是主要的，那麼它們就能夠在物質和反物質之間進行轉換。研究人員說，如果大多數中微子在宇宙誕生時變成了普通物質，這就可以解釋為什麼物質在今天比反物質更重要——以及為什麼我們存在。

在一個典型的實驗室里研究中微子是很困難的，因為很少與其他物質發生相互作用，而且很難被發現——每一分鐘都有數十億次的檢測通過你的身體。也很難區分它們與其他輻射源。這就是為什麼物理學家需要到地下——離地球表面近1英里(1.6公里)的地方——在那裡，一個巨大的鋼圈包圍著由義大利國家核物理研究所(National Institute for Nuclear Physics)的格蘭薩索國家實驗室(Gran Sasso National Laboratory)運行的中微子探測器。這個實驗室是CUORE實驗的發源地，它正在尋找一種被稱為中微子雙衰變的過程的證據——另一種說法是中微子是他們自己的反粒子。在正常的雙衰變過程中，一個原子核衰變，釋放出兩個電子和兩個反中微子。然而中微子的雙衰變不會產生任何反中微子，因為這些反中微子可以作為它們自己的反粒子，並且會湮滅彼此。

在他們試圖「看到」這個過程的過程中，物理學家們觀察到在碲同位素的放射性衰變過程中所釋放出的能量(以熱量的形式)。如果中微子的雙衰變發生，在一定的能量水平上會有一個峰值。為了準確地探測和測量這種熱能，研究人員在已知的宇宙中製造了最冷的立方米。他們把它比作一個巨大的溫度計，裡面有近1000個碲酸鹽(TeO2)的晶體，它的運行速度是10毫開爾文(mK)，即零下459.652華氏度(零下273.14攝氏度)。當放射性碲原子衰變時，這些探測器會尋找能量峰值。

CUORE合作——一個由200名科學家、工程師和技術人員組成的團隊——發布了他們的第一個成果。他們的新論文發表在3月26日的《物理評論快報》(Physical Review Letters)上，揭示了該實驗在兩個月後沒有表現出任何中性的雙衰變。然而他們表示計劃再進行5年的實驗，以收集更多的數據——絕對排除(或發現)中微子雙衰變所需要的時間。中微子是它們自己的反粒子的觀測將是一個重大發現，並要求我們重寫普遍接受的粒子物理標準模型。」它會告訴我們，物質有一種新而不同的機制。

麻省理工學院(Massachusetts Institute of technology)物理學助理教授林德利·溫斯洛(Lindley Winslow)說，即使庫雷不能肯定地表明中微子是它自己的反粒子，該研究中使用的技術可能還有其他用途。將CUORE降至10 mK的技術與用於為量子計算冷卻超導電路的技術是一樣的。下一代的量子計算機可能在一種cuore式的低溫恆溫器(一種保持溫度極冷的裝置)。

博科園-科學科普｜Lana Bandoim/Live Science

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