CUORE国际合作实验在无中微子双贝塔衰变研究取得重要进展
2020年1月9日意大利格兰萨索国家实验室和美国劳伦斯伯克利国家实验室举行新闻发布会，宣布国际无中微子双贝塔衰变(0nDBD)国际合作实验(CUORE：Cryogenic Underground Observatory for Rare Events)的最新结果进一步缩小了稀有粒子衰变寻找的范围。CUORE合作组由来自意大利、美国、中国、西班牙、法国等国家的100多位科学家组成，复旦大学现代物理研究所马余刚院士团队是该国际合作实验的成员之一。马余刚院士团队早在2006年就加入CUORE合作组，承担了主探测器材料Te、TeO2粉末以及硝酸、盐酸等溶剂材料的样品纯度的高精度检测，随后参与了CUORE0、CUORE实验的现场安装、调试及实验运行等工作。
CUORE实验位于意大利中部亚平宁山脉最高的主峰之下1500多米的格兰萨索国家地下实验室，该实验室隶属于意大利国家核物理研究院，是世界上规模最大的地下实验室之一。实验室上方1500m的岩石屏蔽使宇宙射线的强度衰减了100万倍，这给寻找极端稀有事件提供了绝佳的实验环境。CUORE实验目的是为了验证马约拉纳中微子是否存在，也就是说中微子是否是其自身的反粒子，这将使科学家能够回答为什么宇宙中的正物质远比反物质多得多，为什么人类能够在宇宙中存在的根本原因。实验通过206公斤极高纯度的130Te晶体来寻找可能发生的无中微子双贝特衰变。如果0nDBD发生，将给出马约拉纳中微子的绝对质量，从而得到超出粒子物理学标准模型的新物理的确凿证据，由于此过程中没有中微子发射，也将直接打破标准模型中的轻子数守恒定律。0nDBD是地球实验室中探索中微子马约拉纳属性的唯一可行方法，即便这种稀有过程能够发生，这种衰变的半衰期也至少要比宇宙的寿命长一亿亿倍。
位于意大利格兰萨索国家地下实验室的CUORE探测器
CUORE实验由19个极高纯度的TeO2晶体塔组成，每个晶体塔由52个晶体构成，988块TeO2晶体总重741公斤；另外CUORE合作组还设计建造了能够冷却19个晶体塔至绝对零度附近(10mK)的低温器，低温器已于2014年9月份试运行，成功把1立方的体积冷却到6mk,创造了宇宙中最冷的立方体。绝对零度附近的TeO2晶体是一个具有极高灵敏度的量热探测器，实验中通过TeO2晶体极其细小的温度变化(mK)来测量单次核衰变释放出来的能量。
合作组此次发布的最新结果基于2017年4月到2019年7月为期两年的数据，数据量是CUORE于2017年发表结果所用数据的4倍，对CUORE实验寻找的稀有衰变过程给出了更严格的限制。CUORE合作组发言人、意大利INFN Milano Bicocca的Oliviero Cremonesi教授说：“现在我们收集了2017年四倍的数据量，达到了寻找稀有衰变过程的世界最高灵敏度之一”。目前的结果没有观测到无中微子双贝塔衰变，但对130Te衰变率的限制比上次的结果提高了2倍。对新结果的解释给出了对马约拉纳中微子质量下限更严格限制，达到了十分之一电子伏特，比电子质量轻五百万倍。
CUORE国际合作实验的最新结果已在arXiv在线发表：https://arxiv.org/abs/1912.10966。
