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XENON1T是一个暗精神探测项目，其装置位于意大利格兰萨索国家实验室的暗地1400米处。尽管暗精力粒子尚未现身，但XENON1T却取得了预测之外的发明。在本周《自然》期刊的一项钻研中，XENON1T团队缔造了迄今为止最为罕见的变乱：半衰期长达1.8x1022年，至关于万亿倍宇宙寿命的氙124衰变。这个不测缔造，可能能为我们揭开中微子的性子之谜。
很多时辰，做物理试验像变化无穷，兔子纷歧定会来……
譬如几十年前，日本的小柴昌俊在日本神冈的一个废除的暗中矿井里，用3000吨单纯水与1000个直径20英寸的光电倍增管探测质子衰变的旌旗灯号。他们起劲了许久，但神冈履行没有找到质子衰变。等得时间越长，越能确定质子的寿命，着末确定质子的寿命大于1033年。
然而，守得云开见月明。1987年，16万光年之外的超新星暴发，小柴昌俊那几千吨圣洁水探测到了超新星中微子。由于这个孝敬，他在2002年患有诺贝尔物理学奖——这等于“来自16万光年之外的礼品”。
探测暗物质的执行，也发生了相通的意外。
探求WIMP
在意大利格兰萨索国家履行室（Gran Sasso National Laboratory），有一个探测暗物资粒子的工程——XENON1T。这个实验室与日本神冈小柴昌俊当年的实行室很像，也是很深的地下井，也须要用到很纯的液体探测器。
格兰萨索国家执行室外景（图片根源：wikipedia）格兰萨索国度履行室内景（图片源头：wikipedia）
只不过，日本神冈用的是纯挚水，而意大利的XENON1T用的是纯度极高的液氙。氙（Xe）是一种惰性气体，一样平常被汽车改装者用做氙灯，氙灯可以亮瞎扑面车道上的车主。这种惰性元素，是怎样用来探测隐秘的暗物质粒子的？
必要比较张扬的是，暗肉体粒子的现实模子尤为多，寻找暗精力粒子犹如在茫茫人海中找人。直到现在，咱们以至连暗精神的名字究竟是甚么都不晓得。有的人说暗精神叫WIMP，有的人说暗物质叫Axion……公说私有理，婆说婆有理。
在浩繁暗精力理论模子中，有一种品质在1GeV~1000GeV量级（作为对比，咱们知道质子的品格濒临1GeV）的候选暗物质粒子分外受物理学家青眼，这个粒子便是弱相互浸染大风致粒子（Weakly Interacting Massive Particle，简称WIMP）。
上海交通大学物理与天文学院博士后张佳骏机要《寰球科学》记者：“WIMP是一类盛行的暗物资候选者。在宇宙热大爆炸模型中，随着早期灼热的宇宙逐渐紧缩并冷却，暗物资粒子与其他粒子解耦兼何况一时坚强生涯到即日。只要暗物资粒子具有至关于弱相互感召的反响截面，或者说它可以退出弱互相感化，何况它们还比较重（静风致大于1GeV），在遍布的风致规模内（从GeV直到TeV量级），都能自然地解释此刻地舆观测到的暗肉体的密度。这便是WIMP得名的起因——插手弱相互感化并且风致大。而WIMP在热大爆炸宇宙模子中对于宇宙暗物资密度的得胜表明就被俗称为WIMP奇迹。”
可以看出，WIMP必定比质子重，是以如果要让它去撞一个原子核，假定这个被撞的原子核品质与WIMP差不多，那末便可能发生弹性碰撞，可以把被撞的原子核减速到很高的速度。这个被撞的原子核失掉这些动能后可以运动起来，最后撞上其余精神而发光，科学家可以经由历程收回的光来推算WIMP的品格与其彼此劝化的截面。
在详细的行使中，有一有部分科学家就决定了氙原子核作为被撞对象。氙是54号元素，执行选用的是半衰期最长的同位素——氙124。氙原子核与WIMP的品格是濒临的，于是可以“关公战张飞”，而不是“关公战蚂蚁”，这看起来也许是一幕好戏。
当然在风致比照小的暗物资粒子的实践中，好比所谓的轴子（Axion）品格就在μeV-keV量级，这个就不能去撞氙原子核来做试验了，因为氙原子核对轴子来说过重了，轴子撞上去犹如“蚍蜉撼大树”。
液氙所要探测的，即是WIMP。
XENON1T的试验装置位于地下1400米深，内部有一个装有3.2吨液氙的巨形水槽。如果暗精力粒子WIMP具备，它的穿透威力极强，那末WIMP可以穿到暗中与水槽中的氙原子核碰撞，这种碰撞会发生发火奇特的发光旌旗灯号，科学家巴望拿获到这一小几率事故。
XENON1T履行装置外部（图片起原：XENON1T官网）XENON1T试验摆设外部（图片来历：XENON1T官网）
液氙意外衰变
原来科学家认为，液氙好坏常稳定的，它就宛若瞬息万变这个故事里的“株”镇定守候暗肉体粒子这个“兔”来撞击它。
然而，不测发生了。
近来，在XENON1T单干组的科学家缔造，兔子没比及，株却变了。
在本周揭橥在《天然》杂志上的一篇论文中，XENON1T的钻研人员宣布考察到氙124的放射性衰变。氙124酿成为了碲124，原子序数从54号元素变成为了52号元素。
这事情是怎样发生呢？容易地说便是一个“电子俘获”过程。
电子俘获在白矮星与中子星组成过程中非往往见，因为强引力的感化，原子核会俘获电子，今后放出中微子。但是，在畸形的环境下，如果没有弱小的引力加持，那末原子核盲目地俘获电子的几率很低——我们也能够用反证法来看这个事情，如果这个概率很高，那末我们人类就不会具有。人体的大有部分是水，如果水份子里的氢原子核盲目俘获核外电子，那么就会变为中子。水份子里的氧原子核如果自发俘获电子，那末就会酿成在元素周期表上相邻的氮或者碳。我们人类就会被“中子化”或者“碳化”。
以是，盲目俘获电子，对液氙的原子核来说，也只是小几率事件。氙124的半衰期为1.8x1022年。
不外，比来科学家发现了液氙原子核俘获电子后发生衰变的景象。
中微子素质之谜
XENON1T履行组的液氙一口吻竟然俘获了两个电子。
这事情就大了。
咱们晓得，原子核是带正电的，当它溘然排汇两个电子以后，原子核内的质子与电子会羁縻造成中子。这个历程发生以后，学术界有两种见解。
第一种定见认为原子核既然吃进两个电子，它该当放出两个中微子。这叫做“双中微子双电子俘获”（2νECEC）。
另外一种看法认为，原子核吃了两个电子，但不会发出中微子，这叫做“无中微子双电子俘获”（0νECEC）。
2νECEC历程暗指图（图片来源：XENON1T官网）2νECEC过程提醒图（图片来历：XENON1T官网）
个中第一个定见是支持粒子物理的标准模型的，而第二个见地则是违反粒子物理规范模子的，这阐明中微子是马约拉纳粒子——也即是说中微子的反粒子等于它本人。
张佳骏说：“XENON1T试验组的前提还是对比有限的，他们尽管不有前提探测到中微子，但他们有良多光电倍增管，可以探测到这个进程中的X射线与俄歇电子诱发的光信号。从光信号的能量解析来看，他们支持的是第一种见地，也即是说他们认为也曾有中微子羁系进来了。”
从物理图象上来看，只有当两个电子偏偏在切确的工夫同时紧靠原子核时，才会发生双电子俘获，这是“一种稀有的征象再乘以另外一种罕见的景遇，使它收尾变得极度习见”。从费曼图的角度来讲，两个中微子双电子俘获是一个二阶弱彼此劝化历程，其概率极小，如果不是要少许的液氙，观测到这种征象的工夫远超宇宙的年齿。
到今朝为止，只有两种同位素氪78与钡130涌现了2νECEC衰变的迹象。而这个液氙履行阐明，氙原子核也可以发生2νECEC衰变。
张佳骏显露，此次事情能确认氙发生了2νECEC衰变，无非当前还不克不及排除中微子是马约拉纳粒子的可能性：“不论中微子是不是马约拉纳的，2vECEC凡是可以发生的；但只有傍边微子是马约拉纳粒子时，才有可能发生0vECEC。是以，只有守候更壮大的探测技能泛起，才有可能给出定论。”
此次实行是一个意外，因为液氙的实验原来不是为了探测中微子方案的，但在暗精神粒子WIMPS没被找到的情况下，却不测缔造了液氙发生了2νECEC，这给人人一个疏浚沟通：在实行中添加中微子的探测摆设，这可能不单能考验中微子下场是不是马约拉纳粒子，还可能测量出中微子的绝对品质。
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