近日，复旦大学现代物理研究所马余刚院士团队参与的国际低温晶体量热器无中微子双贝塔衰变实验（CUORE：Cryogenic Underground Observatory for Rare Events）取得重要进展，给出了130Te核素无中微子双贝塔衰变半衰期迄今最严格限制T0v1/2> 3.5×1025年 (90%置信度), 成果发表于Science杂志。
CUORE实验位于意大利中部格兰萨索国家地下实验室（LNGS），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。CUORE通过测量晶体中极其微小的温度涨落，寻找尚未发现的“无中微子双贝塔衰变”稀有物理过程。这一过程一旦被证实，将表明中微子是自身的反粒子，有望为“宇宙中的正物质远比反物质多”这一涉及人类存在根源的重大谜题提供关键线索。
CUORE核心探测器由19个晶体阵列988块极高纯度的TeO₂晶体组成，总重741公斤。合作组设计建造了当前世界上最大的低温恒温器，将近1立方米的空间体积内的TeO₂晶体冷却到接近绝对零度（<10mK），形成一个具有极高灵敏度的稀有事件量热探测器。本次CUORE发布的最新结果基于近5年稳定数据采集期间获得的2吨·年（1吨晶体测量1年）曝光量数据，是迄今发布的最大规模数据集，实验同时采用新算法有效抑制环境与设备振动等背景噪声，取得130Te核素无中微子双贝塔衰变半衰期迄今最严格限制T0v1/2> 3.5×1025 yr (90% C.I.)，对应有效马约拉纳中微子质量mββ<70-250 meV，达到国际领先水平。
图1：（a）CUORE实验的低温恒温器示意图（b）由19座晶体塔阵列组成的探测器（每座塔阵列由52 块立方体晶体量热器单元构成）。图片来源：CUORE 合作组
复旦大学现代物理研究所马余刚院士团队在此次发布的成果中做出了重要贡献。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。马余刚院士团队早在2006年就加入CUORE合作组，是国内最早加入CUORE合作组的团队，承担了早期样机实验探测器材料高精度放射性本底检测，随后参与了CUORE-0、CUORE实验的现场安装、调试等工作，并参与后续十余年探测器运行取数工作，为CUORE当前大体量实验取得世界领先成果建立重要基础。核科学与技术系2024届毕业生符士洪博士（马龙青年研究员协助导）作为主要贡献人直接参与了本次成果数据分析工作，同时在降噪技术研发和延时符合本底测量方面做出了重要贡献。
图2：CUPID-China合作组2024年会合影（摄于复旦大学江湾校区）
当前，复旦大学现代物理所正积极推动CUORE的升级版CUPID (CUORE Upgrade with Particle Identification)实验技术研发，依托中国锦屏地下实验室“十三五”国家重大科技基础设施建立实验平台，由复旦大学牵头, 联合清华大学、北京师范大学、中国科学技术大学、上海交通大学等多家单位合作成立了CUPID-China合作组，共同发展基于 100Mo同位素的新一代低温晶体量热器实验技术，利用国内在晶体生长技术方面的优势，采用新一代的光-热双读出技术，开展钼基闪烁晶体探测器研发，预期灵敏度比CUORE大幅提升。实验的推进将对我国在中微子的基本属性、正反物质对称性及宇宙起源等基础前沿研究领域的发展起到重要促进作用。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp647