隸屬于美國能源部勞倫斯·伯克利國家實驗室(Berkeley Lab)的核物理學家在分析演示實驗的數據方面發(fā)揮了領導作用，該演示實驗已實現了專用探測器材料的記錄精度。

CUPID-Mo實驗屬于實驗領域，該實驗使用多種方法來檢測稱為中微子雙β衰變的理論粒子過程，這可能會改變我們對稱為中微子的鬼粒子及其在形成過程中的作用的理解。宇宙

CUPID-Mo實驗的初步結果基于伯克利實驗室(Berkeley Lab)主導的對2019年3月至2020年4月收集的數據的分析，為被稱為鉬同位素的無中微子雙β衰變過程設定了新的世界領先的極限Mo-100。同位素是一種元素的形式，在其原子核中攜帶不同數量的不帶電粒子，稱為中子。

新的結果將Mo-100中無中微子雙β衰變半衰期的極限設置為萬億年的1.4倍(即14后面是23個零)，這比中微子Ettore Majorana的靈敏度提高了30%天文臺3號(NEMO 3)是先前的實驗，于2003年至2011年在同一地點進行，并使用了Mo-100。半衰期是放射性同位素消耗掉一半放射性所花費的時間。

理論上，無中微子雙β衰變過程非常緩慢且罕見，經過一年的數據采集后，在CUPID-Mo中未檢測到單個事件。

雖然兩個實驗都在其探測器陣列中使用Mo-100，但NEMO 3使用了同位素的箔形式，而CUPID-Mo使用了在某些粒子相互作用中產生閃光的晶體形式。

使用已報道的CUPID-Mo的早期成功為使用CUPID計劃的后續(xù)實驗奠定了基礎，這種大型實驗使用了不同的探測器材料并可以長時間運行，從而獲得了更高的靈敏度。

伯克利實驗室對CUPID-Mo的貢獻

尚無實驗證實無中微子過程是否存在。該過程的存在將證實中微子充當其自身的反粒子，而這種證明也將有助于解釋為什么物質在我們的宇宙中勝過反物質。

來自CUPID-Mo實驗的所有數據(CUPID的首字母縮寫代表具有顆粒識別的CUORE升級，“ Mo”代表檢測器晶體中包含的鉬)是從法國的Modane地下實驗室(Laboratoire souterrain de Modane)傳輸的在伯克利實驗室國家能源研究科學計算中心的Cori超級計算機上運行。

伯克利實驗室核科學處的博士后研究員本杰明·施密特(Benjamin Schmidt)領導了CUPID-Mo結果的整體數據分析工作，并得到了伯克利實驗室附屬研究人員團隊和國際合作其他成員的支持。

伯克利實驗室還貢獻了40個傳感器，這些傳感器能夠讀取CUPID-Mo的20晶體檢測器陣列采集的信號。將該陣列過冷至約0.02開爾文，即華氏460度，以保持其靈敏度。它的圓柱狀晶體包含鋰，氧和Mo-100同位素，并在粒子相互作用中產生微小的閃光。

施密特說，鑒于全球大流行的背景已經使該實驗的持續(xù)進行產生了不確定性，國際上為產生CUPID-Mo結果所做的努力非常出色。

他說：“由于3月初歐洲爆發(fā)COVID-19，以及為實驗提供所需的低溫液體帶來的相關困難，我們似乎不得不過早關閉CUPID-Mo實驗。” 。

他補充說：“盡管存在不確定性以及與關閉辦公場所和學校有關的變化，以及進入地下實驗室的限制，我們的合作者仍竭盡全力使實驗在大流行中繼續(xù)進行。”

施密特對數據分析小組的努力表示贊賞，他領導該小組尋找了一種在家工作的方法，并及時產生了實驗結果，以在Neutrino 2020(由Fermi National主辦的虛擬中微子物理學和天體物理國際會議)上展示。加速器實驗室。CUPID-Mo合作的成員正計劃將結果提交發(fā)表在同行評審的科學期刊上。

調整超靈敏探測器

施密特說，數據分析中的一個特殊挑戰(zhàn)是確保對探測器進行適當的校準，以記錄“極難捉摸的事件集”，這些事件預計與無微雙雙β衰變信號有關。

無微子衰變過程有望在CUPID-Mo檢測器中產生非常高能量的信號并產生閃光。由于該信號具有如此高的能量，因此有望不受自然放射源的干擾。

為了測試CUPID-Mo對高能信號的響應，研究人員在探測器陣列附近放置了其他高能信號源，包括Tl-208(th的放射性同位素)。由這種同位素的衰變產生的信號具有很高的能量，但不如Mo-100中存在無中微子衰變過程的能量高。

施密特說：“因此，一個巨大的挑戰(zhàn)就是說服自己，我們可以用通用信號源，特別是Tl-208來校準我們的探測器，然后將探測器對我們信號區(qū)域的響應外推，并適當地說明這種外推法的不確定性。 ”。

為了進一步改善對高能信號的校準，核物理學家在上個月重新打開回旋加速器后，就使用伯克利實驗室的88英寸回旋加速器生產了含有Co-56(一種低放射性的鈷同位素)的金屬絲。在因應COVID-19大流行而暫時關閉之后。焊絲已運至法國，以使用CUPID-Mo檢測器陣列進行測試。

為意大利的下一代實驗做準備

盡管CUPID-Mo現在可能會落后于其他一些實驗(使用不同的檢測器技術和材料)所獲得的測量靈敏度，但由于它較小且尚未收集到足夠的數據，“通過完整的CUPID實驗， Mo-100的使用量大約是Mo-100的100倍，并且經過10年的運行，我們有極好的搜索前景，并有可能發(fā)現無中微子的雙beta衰變，”施密特說。

CUPID-Mo安裝在Edelweiss III暗物質搜索實驗的現場，位于法國邊境附近一英里深的法國隧道中，并使用了一些Edelweiss III組件。同時，有人提議使用CUPID代替意大利格蘭薩索國家實驗室(Laboratori Nazionali del Gran Sasso)的CUORE中微子雙β衰變搜索實驗。盡管CUPID-Mo僅包含20個檢測器晶體，但CUPID將包含1,500多個。

“ CUORE在兩到三年內完成數據采集后，CUPID檢測器可能需要四到五年的時間來構建，” CUORE合作的美國發(fā)言人，伯克利實驗室的高級教職科學家Yury Kolomensky說，該科學家領導CUORE在美國的合作。“就成本和技術挑戰(zhàn)而言，CUPID升級是相對適度的，但在敏感性方面將是重大改進。”

CUPID-Mo的物理數據采集于6月22日結束，最新結果中未考慮的新數據表示總體數據增長了20%到30%。CUPID-Mo得到了一組法國實驗室以及美國，烏克蘭，俄羅斯，意大利，中國和德國的實驗室的支持。

NERSC是DOE科學辦公室的用戶設施。

CUPID-Mo的合作匯集了來自27個機構的研究人員，其中包括位于奧賽的法國實驗室Irfu / CEA和IJCLab;里昂IP2I;格勒諾布爾的Néel和SIMaP研究所，以及美國，烏克蘭，俄羅斯，意大利，中國和德國的機構。

該實驗得到了美國能源部科學技術辦公室核物理辦公室，伯克利研究計算計劃，國家安全研究實驗室，IDEATE國際聯合實驗室(LIA)，俄羅斯科學基金會，烏克蘭國家科學院，國家科學的支持?；饡▏死饡▏鳰ISTI基金會以及法國駐美國大使館科學技術辦公室