何年もの間、国際的な研究者チームがイタリア中部の山の奥深くに身を隠し、既知の宇宙で最も冷たい立方メートルから最も敏感な測定値を精力的に収集してきました。科学者たちは、ニュートリノと呼ばれる幽霊のような粒子が自分の反物質の対応物と見分けがつかないという証拠を探しています。証明された場合、この発見は数十年にわたって物理学者を悩ませてきた宇宙の難問を解決する可能性があります。なぜ問題が存在するのでしょうか。
彼らは物質が邪悪な双子と呼ばれる反物質を持っていることを長い間知っていました。宇宙のすべての基本粒子には、兄弟とほぼ同じで、質量は同じで電荷が反対の反粒子が存在します。粒子と反粒子が向かい合って出会うとき、それらは互いに消滅し、純粋なエネルギーを作り出します。
「物質と反物質の間の会計のこの明らかな完全な対称性がある」とバージニア工科大学の物理学の教授であるトーマス・オドネルはLive Scienceに語った。 「あなたが物質を作るたびに、あなたはバランスのとれた反物質も作ります、そしてあなたが物質を破壊するたびに、あなたは反物質を破壊しなければなりません。これが真実であるなら、あなたは決して1つのタイプのより多くを持つことができません他よりも」
この対称性は、宇宙がどのように始まったかについての現在の理解とは矛盾しています。ビッグバン理論によれば、宇宙が約138億年前に微小な特異点から拡大したとき、等しい量の物質と反物質が存在したと考えられています。しかし、天文学者が今日宇宙を見つめるとき、宇宙はほとんど完全に物質で構成されており、邪悪な双子は見えません。さらに厄介なことに、ビッグバン理論が正しければ、私たち-はい、人間-は今日ここにいるべきではありません。
「物質と反物質がこの対称性に完全に従うならば、宇宙が進化するにつれて、すべての物質と反物質は光子に消滅し、星、惑星、さらには人間の細胞さえも残してしまうことはありません。私たちは存在しません！」オドネルは言った。 「そのときの大きな問題は、「宇宙の進化の間に、この会計体系はいつか壊れたのか」ということです。」
その質問は、オドネルと仲間の協力者が答えたいと思っていることです。過去2年間、彼らのチームはイタリアのグランサッソ国立研究所で行われたCUORE（稀なイベントの極低温地下観測所）実験からデータを収集して分析し、この宇宙の謎を静める煙幕を探しました。
少し中立的なもの
イタリア語で「心臓」を意味するクオーレは、物理学者がマヨラナ粒子と呼ぶニュートリノと呼ばれるとらえどころのない素粒子が独自の反粒子であるという証拠を探しています。見物人のようにほとんどの物質を通過するニュートリノは、検出が非常に困難です。実際、NASAによれば、太陽の燃えるような核炉から発生する何兆ものニュートリノが毎秒私たちの体を通過しています。
CUORE実験は、ニュートリノのない二重ベータ崩壊と呼ばれるプロセスで、お互いを消滅させるマヨラナニュートリノのサインを探します。通常のダブルベータ崩壊では、原子の核内部にある2つの中性子が同時に2つの陽子に変化し、電子と反ニュートリノのペアを放出します。この核事象は非常にまれであり、個々の原子に対して100千年ごと（10 ^ 20）に1回だけ発生しますが、実際の生活で観察されています。
ただし、研究者が正しく、ニュートリノが真のマヨラナ粒子である場合（それらは独自の反粒子です）、崩壊中に作成された2つのアンチニュートリノが互いに消滅し、ニュートリノのないダブルベータ崩壊を作成する可能性があります。結果？ 「普通の問題」である電子だけ。このプロセスが真実であることが判明した場合、それは初期の宇宙に普通の問題をまき散らすことに責任があるかもしれません。ただし、このプロセスを観察することは別の話です。科学者は、ニュートリノのないダブルベータ崩壊（存在する場合）を推定し、10セプティリオン年（10 ^ 25）に1回だけ起こる可能性があります。
「ニュートリノレスモードは私たちが本当に見たいモードです。それはルールを破り、反物質なしで物質を作成するでしょう」とCUOREコラボレーションのメンバーであるオドネルは言いました。 「それは、物質と物質の非対称性の実際の解決策への最初の手がかりとなるでしょう。」
CUORE検出器は、テルル原子の放射性崩壊中に生成された電子から、熱の形でエネルギーシグネチャを探します。ニュートリノレスのダブルベータ崩壊は、電子のエネルギースペクトルにユニークで識別可能なピークを残します。
「CUOREは、本質的に、世界で最も敏感な温度計の1つです」と、CUOREコラボレーションの技術コーディネーターであるCarlo Bucciは声明で述べています。
10年以上にわたって組み立てられたCUORE装置は、既知の宇宙で最も冷たい立方メートルです。これは、二酸化テルルで作られた988立方体の結晶で構成されており、10ミリケルビンまたは華氏マイナス460度（マイナス273度）に冷却されています。宇宙線などの外部粒子による干渉から実験を保護するために、検出器は2,000年前のローマの難破船から回収された高純度の鉛の厚い層に入れられています。
チームの技術的な成果にもかかわらず、ニュートリノレスイベントを見つけることは簡単な作業ではないことが判明しました。研究者たちは、2017年の最初の結果以降、収集されたデータを4倍以上に増やしています。これは、この種の粒子検出器によってこれまでに収集された最大のデータセットです。プレプリントデータベースarXivで公開された彼らの最新の結果は、ニュートリノのない二重ベータ崩壊の証拠を発見しなかったことを示しています。
コラボレーションは、このとらえどころのないダブルエージェント粒子を追い詰めることにまだ決まっています。彼らの結果は、マヨラナニュートリノの予想される質量に、より厳しい制限を課しました。彼らは、電子より少なくとも500万倍軽いと信じています。チームは、最初の5年間の実行後にCUOREをアップグレードし、感度を大幅に向上させることを期待する新しいタイプの水晶を導入する予定です。
「歴史が未来の良い予言者であるならば、検出器技術の限界を押し上げることは、私たちが深さを増してニュートリノを精査することを可能にすることをかなり確信することができる」とオドネルは言った。 「うまくいけば、ニュートリノのないダブルベータ崩壊、あるいはおそらくもっとエキゾチックで予期しない何かを発見するでしょう。」
