劳伦斯·伯克利国家实验室 丘比特-莫探测器安装在位于法国LSM莫丹地下实验室的雪绒花低温恒温器中
信用:丘比特-莫合作 隶属于美国的核物理学家
S
美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)在一项演示实验的数据分析中发挥了主导作用，该实验为一种特殊的探测器材料实现了创纪录的精度
丘比特-莫实验是一系列实验中的一个，这些实验使用了多种方法来探测一种被称为无中微子双β衰变的理论化粒子过程，这可能会修正我们对被称为中微子的幽灵粒子及其在宇宙形成中的作用的理解
丘比特-莫实验的初步结果基于伯克利实验室对2019年3月至2020年4月收集的数据进行的分析，为钼同位素钼-100的无中微子双β衰变过程设定了世界领先的新极限
同位素是一种元素的形式，在其原子核中携带不同数量的不带电粒子，称为中子
新的结果将钼-100无中微子双β衰变半衰期限制在1
4乘以1万亿年(即14乘以23个零)，这比中微子埃托雷·马约拉纳天文台3 (NEMO 3)的灵敏度提高了30%，NEMO 3是2003-2011年在同一地点运行的实验，也使用了Mo-100
半衰期是放射性同位素释放一半放射性的时间
理论上，无中微子双β衰变过程非常缓慢和罕见，经过一年的数据采集，丘比特-莫没有发现一个事件
虽然两个实验都在探测器阵列中使用了钼-100，但NEMO 3使用了一种箔形式的同位素，而丘比特-钼使用了一种在某些粒子相互作用中产生闪光的晶体形式
使用不同探测器材料、运行时间更长的大型实验取得了更高的灵敏度，尽管据报道丘比特-莫早期的成功为计划中的后续实验“丘比特”奠定了基础，该实验使用的探测器阵列将大100倍
伯克利实验室对丘比特-莫的贡献 还没有实验证实无中微子过程是否存在
这一过程的存在将证实中微子是它们自己的反粒子，这样的证明也将有助于解释为什么在我们的宇宙中物质战胜了反物质
丘比特-莫实验的所有数据——丘比特的首字母缩略词代表带有粒子识别的CUORE Upgrade，而“莫”代表探测器晶体中所含的钼——都是从法国莫代内地下实验室(Laboratoire souterrain de Modane)传输到位于伯克利实验室国家能源研究科学计算中心的柯里超级计算机
丘比特-莫的20颗圆柱形水晶被描绘在它们的铜壳中
信用:丘比特-莫合作 本杰明·施密特(Benjamin Schmidt)是伯克利实验室核科学部门的博士后研究员，他领导了丘比特-莫结果的整体数据分析工作，并得到了伯克利实验室附属研究人员团队和其他国际合作成员的支持
伯克利实验室还贡献了40个传感器，能够读出丘比特-莫的20晶体探测器阵列拾取的信号
阵列被过冷到大约0
02开尔文，或零下460华氏度，以保持其敏感性
它的圆柱形晶体包含锂、氧和同位素钼-100，并在粒子相互作用中产生微小的闪光
施密特说，考虑到全球大流行的背景，国际社会为产生丘比特-莫结果所做的努力是显著的，这给该实验的持续运行带来了不确定性
他说:“有一段时间，由于3月初欧洲爆发的新冠肺炎疫情以及为实验提供所需低温液体的相关困难，我们似乎不得不提前关闭丘比特-莫实验。”
他补充说，“尽管存在这种不确定性以及与办公场所和学校关闭相关的变化，以及进入地下实验室的限制，我们的合作者尽了一切努力来保持实验在大流行中进行
" 施密特称赞了他领导的数据分析小组的努力，他们找到了在家工作的方法，并及时产生实验结果，将其提交给中微子2020，这是一个由费米国家加速器实验室主办的中微子物理和天体物理学虚拟国际会议
丘比特-莫合作组织的成员正计划将研究结果发表在同行评审的科学杂志上
调整超灵敏探测器 施密特说，数据分析中的一个特殊挑战是确保探测器经过适当校准，以记录“极其难以捉摸的一系列事件”，这些事件预计与无中微子双β衰变信号有关
预计无中微子衰变过程将在丘比特-莫探测器中产生一个非常高能量的信号和一束光
由于信号的能量如此之高，预计它不会受到天然放射性源的干扰
为了测试丘比特-莫对高能信号的反应，研究人员在探测器阵列附近放置了其他高能信号源，包括铊的放射性同位素Tl-208
这种同位素衰变产生的信号能量很高，但没有预测的钼-100无中微子衰变过程的能量高，如果它存在的话
信用:丘比特-莫合作 “因此，一个巨大的挑战是说服我们自己，我们可以用共同的源校准我们的探测器，特别是Tl-208，”施密特说，“然后外推探测器对我们信号区域的响应，并适当考虑这种外推的不确定性。”
" 为了进一步改善高能信号的校准，核物理学家使用伯克利实验室的88英寸回旋加速器生产了一种含有钴-56的线，钴-56是一种钴同位素，具有低水平的放射性，回旋加速器在上个月因新冠肺炎大流行而暂时关闭后立即重新开放
电线已被运往法国，用丘比特-莫探测器阵列进行测试
为意大利下一代实验做准备 虽然丘比特-莫现在可能在测量灵敏度方面落后于其他一些实验——使用不同的探测器技术和材料——因为它更小，还没有收集到那么多数据，“随着丘比特实验的全面展开，它将使用大约100倍多的钼-100，以及10年的运行，我们在寻找和潜在发现无中微子双β衰变方面有着极好的前景，”施密特说
丘比特-莫安装在雪绒花三号暗物质搜寻实验的地点，在法国一英里多深的隧道里，靠近意大利边境，使用雪绒花三号的一些部件
与此同时，丘比特被提议取代意大利格兰萨索国家实验室的CUORE无中微子双β衰变搜索实验
丘比特-莫只有20个探测器晶体，丘比特则有1500多个
“CUORE在两三年内完成数据采集后，丘比特探测器可能需要四五年才能建成，”美国大学的尤里·科洛门斯基说
S
加州大学伯克利分校合作的发言人和伯克利实验室的高级教师科学家
S
合作
“就成本和技术挑战而言，丘比特将是一次相对温和的升级，但就敏感性而言，它将是一次重大的改进
" 丘比特-莫的物理数据采集工作于6月22日结束，最新结果中未考虑的新数据显示总体数据增长了约20%至30%
丘比特-莫得到了一组法国实验室和美国实验室的支持
S
、乌克兰、俄罗斯、意大利、中国和德国
国家科学研究中心是美国能源部科学办公室的用户设施
丘比特-莫合作项目汇集了来自27个机构的研究人员，包括法国的伊尔福/CEA实验室和位于奥赛的国际实验室；里昂的IP2I格勒诺布尔的内尔学院和西马普学院，以及美国的一些机构
S
、乌克兰、俄罗斯、意大利、中国和德国
这项实验得到了美国政府的支持
S
能源部科学办公室核物理办公室、伯克利研究计算项目、国家研究机构、IDEATE国际联合实验室(LIA)、俄罗斯科学基金会、乌克兰国家科学院、国家科学基金会、法国伯克利基金、法国MISTI基金和法国驻美国大使馆科技办公室
S
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
