由一个跨学科的科学家团队的最新研究表明，可以基于具有蓝色火花的新的荧光分子构建的超灵敏传感器，能够检测核衰变的关键，从而了解中微子是它自己的反粒子，可以揭示中微子的难以捉摸的性质。研究指出，具有确定中微子性质的巨大潜力，可以回答有关宇宙起源的基本问题。该最新研究结果的论文发表在今天的《自然》杂志上。为什么我们的宇宙是由物质组成的？为什么这一切是如此存在？这些问题与粒子物理学中最重要的未解决问题之一有关。正如近一个世纪的天才埃托雷·马约拉纳（EttoreMajorana）所说，这个问题是中微子的性质所致，它可能是其自身的反粒子。如果真是这样，它可以解释物质与反物质之间神秘的宇宙不对称性。确实，我们知道宇宙几乎完全由物质组成。但是，大爆炸理论预测，早期的宇宙包含相同数量的物质和反物质粒子。这一预测与欧洲核子研究组织（CERN）大型LHC加速器在质子碰撞中形成的小型“大爆炸”相一致，在其中始终观察到粒子和反粒子的对称产生。那么，早期宇宙的反物质何去何从？可能的机制表明存在重中微子，而重中子本身是其自身的反粒子，因此可能分解为物质和反物质。如果发生这种现象，称为违反电荷和奇偶性现象，也就是说，如果中微子在其衰变过程中稍微有利于物质的产生，而不是反物质的产生，那么它可能会在该情况注入过量的一种物质，结果将是仅由物质组成的宇宙，即宇宙大爆炸的残骸。我们可以说我们的宇宙是沉船残骸。通过观察一种称为中微子双β衰变（doublebetadecay，简称bb0nu）的罕见类型的核过程，有可能证明中微子是其自身的反粒子，在该过程中，原子核的两个中子（n）同时转换为质子（p），而两个电子（e）从原子中发射出去。此过程可能发生在某些稀有同位素中，例如Xenon-，其中性原子团为54e时，其原子核中还具有54p和82n。当Xe-原子自发地发生bb0nu衰变时，该过程的结果是产生钡（Ba2+）的双电荷离子。到目前为止，研究团队实验着重于观察这两个电子，它们的信号是该过程的非常特征。但是，要观察到的bb0nu过程非常罕见，并且预期的信号约为每吨气体和暴露年份约一个bb0nu衰减。由于无处不在的自然放射性，这种非常微弱的信号可能会被背景噪声完全掩盖。但是，如果除了观察两个电子，还检测到钡离子化的原子，则由于自然放射性不会产生该离子，因此本底噪声可以降低到零。问题在于，在大型bb0nu检测器中观察单个Ba2+离子在技术上是如此具有挑战性，以至于直到最近它才被认为实质上是不可行的。发表在今天的《自然》论文表明，这一壮举毕竟是可行的。这项工作是跨学科合作的结果，是粒子物理学、有机化学、表面物理学、光学等学科的结合。研究人员说：“将基础科学与新的仪器实现相结合的努力，对于开辟新的研究途径，以回答我们科学家每天问自己的许多问题至关重要。”研究人员解释说，“化学工作中最困难的任务是设计一种新的分子，该分子必须满足我们的实验所施加的严格的、看来几乎不可能的要求。该分子必须非常明亮，可以用钡捕获钡。极高的效率（bb0nu是非常罕见的事件，不会浪费任何阳离子），并发出特定信号，可以在没有背景噪声的情况下检测到捕获物，此外，新的探测传感器的化学合成，必须高效才能可以在检测器中安装足够的超纯样品。最有意义的部分是，在这个多学科团队的大量努力下，检查一下我们特有的超灵敏探测传感器是否按计划工作。”该研究论文还首次证明了在干燥介质中超分子复合物的形成。制备一层探测指示剂在二氧化硅丸粒上压缩，并在该层上蒸发高氯酸钡盐，可以实现这一具有里程碑意义的结果。这一研究将有很大的潜力去发现中微子是否是它自己的反粒子，这可能导致回答有关宇宙起源的基本问题。参考：Fluorescentbicoloursensorforlow-backgroundneutrinolessdoubleβdecayexperiments,Nature().DOI:10./s---5
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