密歇根州立大学 研究人员开发了一种新方法来模拟一个尚未证实的罕见核过程
图形中粒子上的二进制代码(1，0)象征着计算机模拟，它将被用来更好地理解无中微子双β衰变
某些原子核通过发射电子(e)和中微子(ν)而衰变，但是已经假设了无中微子双β衰变的存在
信用:稀有同位素束设施 密歇根州立大学(MSU)稀有同位素束设施(FRIB)实验室的研究人员朝着无中微子双β衰变的第一性原理理论描述迈出了重要的一步
观察这一尚未证实的罕见核过程将对粒子物理和宇宙学产生重要影响
理论模拟对于计划和评估提议的实验至关重要
研究小组在最近发表在《物理评论快报》上的一篇文章中展示了他们的结果
FRIB理论家姜明·姚，副研究员和该研究的主要作者，罗兰·沃思，副研究员和黑科·赫尔格特，助理教授，是关于基本对称和无中微子双β衰变的专题合作的成员
美国
S
能源部办公室科学办公室核物理办公室正在资助专题合作
理论家们与北卡罗来纳大学教堂山分校的专题合作成员以及西班牙马德里自治大学的外部合作者联手
他们的工作标志着无中微子双β衰变率理论计算的一个重要里程碑，该理论计算具有完全可控和量化的不确定性
作者发展了介质中发电机坐标法
这是一种模拟核子间相互作用的新方法，能够描述这种衰变候选核的复杂结构
IM-GCM首次应用于计算钙-48原子核的无中微子双β衰变率，为探索具有可控理论不确定性的其他候选离子奠定了基础
在无中微子双β衰变中，两个质子同时转变成中子，而不发射在更典型的弱相互作用过程中出现的两个中微子
如果它存在，这是一种极其罕见的衰变，预计半衰期超过107亿年(一个1加上25个零)，这意味着一半的原子核样本将在这一非常长的时期内经历无中微子的双β衰变
它的观测将证明中微子是它们自己的反粒子
每个亚原子粒子都有相应的反粒子，它们质量相同，但电荷相等且相反
粒子和反粒子可以互相湮灭，只留下能量
因此，在无中微子双β衰变中不会观察到中微子
一个无中微子的双β衰变观测表明，一个基本定律——轻子数守恒——在自然界被违反了
这可能有助于解释为什么宇宙中包含的物质比由上述反粒子组成的反物质多
这一观察也将引导人们努力完成粒子物理学的标准模型
“在这个尚未证实的衰变中没有中微子，这使得确定中微子质量成为可能，”赫尔格特说
“这些质量是宇宙演化模型中的一个重要参数
理论衰变率是从测量寿命中提取中微子质量的关键因素，或者至少为这些量提供了新的上限
" 作者提出的理论计算也将有助于确定大规模无中微子双β衰变实验所需探测器的尺寸
开发和实施基本对称性测试是FRIB使命的一个重要组成部分
FRIB实验探索了无中微子双β衰变候选者及其邻近同位素的结构，这影响了衰变可能发生的速率
为这项研究开发的理论方法现在可以应用于在FRIB研究的具有复杂结构的其他原子核
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