EXO不僅是偶像團體，它還能推動前沿物理髮展。

國際物理學家合作組織釋出了EXO-200（氙氣飽和觀測站）前兩年的觀測資料。這項觀測實驗旨在利用富含同位素的氙-136探測“無中微子雙β衰變”這個過程的科學證據。儘管EXO-200還沒有找到有關衰變過程的任何統計學上的顯著證據，但他們縮小了衰變半衰期的搜尋區間。

圖：EXO-200

科學家們同時表明，他們可以有效地抑制宇宙射線和放射性衰變產生的背景噪聲。倘若在實驗中觀察到無中微子雙β衰變的任何跡象，則表明該中微子是“馬約拉納費米子”（即反粒子就是其自身的費米子）。這將成為一類超越現有粒子物理學“SM標準模型”的新型粒子，無疑是現代物理學的重大突破。

中微子是由中子經過β衰變產生的無電荷的粒子，它們通過弱力與其他粒子相互作用。儘管我們現在有實驗證據表明，中微子有三種類型——電子中微子，μ子中微子和τ子中微子——它們的品質各不相同，但是目前研究人員無法確定它們單個的品質。但是觀測中微子雙β衰變（假如它們被觀測到了的話）可以用來確定單箇中微子的絕對品質。

“衰”上加“衰”

無中微子雙β衰變是普通核β衰變過程的特例：在這個過程中，不穩定的原子核中的中子發射電子和反中微子並變成質子。當原子核不通過單個β衰變的方式來進行衰變過程時，就會出現該過程的一個更奇特的版本，稱為“雙β衰變”。發生這種“雙β衰變”的一種途徑是發生兩個“單β衰變”，但是科學家們沒有辦法測量兩次衰變之間的中間狀態，並且最終的核具有比原始核更大的結合能。

根據SM標準模型預測，原子核中的兩個中子將轉換為一個質子和兩個電子，併發射出兩個電子反中微子-這被稱為“雙中微子雙β衰變”。雙中微子雙β衰變非常罕見，這是由於雙β同位素在1020年以上的超長半衰期，這比宇宙本身的年齡還長十億倍。科學家們選取經歷了這種雙重β衰變同位素（於1986年首次觀察到），其中包括氙-136，它隨著兩個中微子的發射而衰變成為鋇-136。實際上EXO-200是第一個觀察到在氙-136中發生了這種衰變的觀測實驗，該觀測在2011年完成。

但是EXO-200以及全球範圍內的許多其他實驗正在尋找另一種難以捉摸且目前尚未見到的無中微子雙β衰變。這種衰減只有在中微子是馬約拉納粒子時才會發生，而這是由與雙β衰變同樣神祕的義大利物理學家埃託雷·馬約拉納在1930年代首次提出，至今仍未被發現。由於中微子不帶電荷，因此可以想象它們是它們自己的反粒子。在這種情況下，一個在β衰變中釋放出的反中微子可以作為另一個β衰變的中微子被吸收。從原子核外部觀察這一過程只會發現兩個電子被髮射，而根本沒有中微子的變化。這其中電子將攜帶衰變的所有能量，與普通的雙β衰變截然不同（在普通的雙β衰變中反中微子會帶走能量）。該衰變過程實驗上的特徵是檢測到兩個電子，它們的總能量之和等於父核與子核之間的品質差。

沒有發現中微子怎麼辦？

EXO-200實驗利用200公斤液態氙來尋找這種衰變特徵，該氙濃縮至同位素氙-136的80％，並記錄在“時間投影室”中。該腔室放置在低溫的恆溫器內，使將氙氣保持在液態溫度下。隨後這個低溫恆溫器用鉛進行防護，並儲存在美國新墨西哥州卡爾斯巴德市的一所廢棄物隔離試驗工廠地下641 m的廢棄鹽礦的底部。這個偏遠的地下儲存位置對實驗的成功至關重要，因為它可以遮蔽背景放射性衰變和宇宙射線，並且實驗過程中的探測器均由最低放射性汙染水平的材料製成。

圖：雙β衰變

EXO-200實驗已經進行了兩年，為了給無微子β衰變的半衰期設定最精確的界限。研究人員發現，在置信度水平為90％（α=0.9）的情況下，半衰期大約大於1.1×1025年，比以前測定的1.6×1025年有所提高。這個合作組織表示，其測量的高靈敏度“可以使EXO-200更好地執行，並且使未來改進的[無中微子雙β衰變]搜尋的氙基實驗‘nEXO’成為可能”。如此長的壽命表明中微子的品質可能較小。現在，最新的實驗已將馬約拉納中微子的品質極限推定在0.2–0.4 電子伏特。 “nEXO”是一個更大的探測器，目前正在預計使用5000 kg氙氣來進行未來的實驗，而當前正在進行的EXO-200提供的資料將有助於完善其未來的設計。

圖：SuperNEMO組織

倫敦大學學院的粒子物理學家戴維·沃特斯（David Waters）說，EXO-200“是一個執行得很完美的實驗，也是目前執行中最精準的實驗之一。儘管目前沒有看到無中微子雙β衰變的跡象，但是像EXO這樣的實驗越來越接近理想的的引數空間區域。”沃特斯同樣也從事另一個類似的實驗，即中微子-埃託雷·馬約拉納天文臺（SuperNEMO）。他同樣說道：“接下來的5年將是非常有趣的時期，EXO等多項實驗如日中天，還有英國領導的SNO +和SuperNEMO等其他實驗也在同時進行。有可能出現重大發現，從而可以更好地闡明粒子物理學中的一些非常基本的問題。”

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Tushna Commissariat-米蘭主教練德羅西