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近日，復旦大學現代物理研究所馬余剛院士團隊參與的國際低溫晶體量熱器無中微子雙貝塔衰變實驗(CUORE:Cryogenic Underground Observatory for Rare Events)取得重要進展，給出了¹³⁰Te核素無中微子雙貝塔衰變半衰期迄今最嚴格限制T^0v1/2>3.5×10²⁵年 (90%置信度), 成果發(fā)表于Science雜志。

CUORE實驗位于意大利中部格蘭薩索國家地下實驗室(LNGS)，實驗室隸屬于意大利國家核物理研究院，是世界上規(guī)模最大的地下實驗室之一。CUORE通過測量晶體中極其微小的溫度漲落，尋找尚未發(fā)現的“無中微子雙貝塔衰變”稀有物理過程。這一過程一旦被證實，將表明中微子是自身的反粒子，有望為“宇宙中的正物質遠比反物質多”這一涉及人類存在根源的重大謎題提供關鍵線索。

CUORE核心探測器由19個晶體陣列988塊極高純度的TeO?晶體組成，總重741公斤。合作組設計建造了當前世界上最大的低溫恒溫器，將近1立方米的空間體積內的TeO?晶體冷卻到接近絕對零度(<10mK)，形成一個具有極高靈敏度的稀有事件量熱探測器。本次CUORE發(fā)布的最新結果基于近5年穩(wěn)定數據采集期間獲得的2噸·年(1噸晶體測量1年)曝光量數據，是迄今發(fā)布的最大規(guī)模數據集，實驗同時采用新算法有效抑制環(huán)境與設備振動等背景噪聲，取得130Te核素無中微子雙貝塔衰變半衰期迄今最嚴格限制T^0v1/2> 3.5×10²⁵yr (90% C.I.)，對應有效馬約拉納中微子質量m_ββ<70-250 meV，達到國際領先水平。

圖1：(a)CUORE實驗的低溫恒溫器示意圖(b)由19座晶體塔陣列組成的探測器(每座塔陣列由52 塊立方體晶體量熱器單元構成)。圖片來源：CUORE 合作組

復旦大學現代物理研究所馬余剛院士團隊在此次發(fā)布的成果中做出了重要貢獻。CUORE合作組由來自意大利、美國、中國、西班牙、法國等國家的100多位科學家組成。馬余剛院士團隊早在2006年就加入CUORE合作組，是國內最早加入CUORE合作組的團隊，承擔了早期樣機實驗探測器材料高精度放射性本底檢測，隨后參與了CUORE-0、CUORE實驗的現場安裝、調試等工作，并參與后續(xù)十余年探測器運行取數工作，為CUORE當前大體量實驗取得世界領先成果建立重要基礎。核科學與技術系2024屆畢業(yè)生符士洪博士(馬龍青年研究員協助導)作為主要貢獻人直接參與了本次成果數據分析工作，同時在降噪技術研發(fā)和延時符合本底測量方面做出了重要貢獻。

當前，復旦大學現代物理所正積極推動CUORE的升級版CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification)實驗技術研發(fā)，依托中國錦屏地下實驗室“十三五”國家重大科技基礎設施建立實驗平臺，由復旦大學牽頭, 聯合清華大學、北京師范大學、中國科學技術大學、上海交通大學等多家單位合作成立了CUPID-China合作組，共同發(fā)展基于 100Mo同位素的新一代低溫晶體量熱器實驗技術，利用國內在晶體生長技術方面的優(yōu)勢，采用新一代的光-熱雙讀出技術，開展鉬基閃爍晶體探測器研發(fā)，預期靈敏度比CUORE大幅提升。實驗的推進將對我國在中微子的基本屬性、正反物質對稱性及宇宙起源等基礎前沿研究領域的發(fā)展起到重要促進作用。

來源：復旦大學