First results of the NEXT-100 detector using Kr decays
NEXT 合作组报告了使用 Kr 校准数据得到的 NEXT-100 探测器的首次调试结果，展示了在有效区域内达到 4.16% FWHM 的能量分辨率，该分辨率外推至双贝塔衰变能量处为亚 1%，从而达到了实验的设计目标。
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在亚原子世界的深处，存在着一种物理学家们寻找了几十年的罕见而神秘的事件：无中微子双贝塔衰变。在自然界的标准规则中，某些原子可以通过发射两个电子和两个被称为中微子的不可见粒子来进行转化。然而，如果存在一种特定类型的中微子——一种其本身就是其反粒子的中微子，即所谓的马约拉纳粒子（Majorana particle）——那么这个过程就可能在完全不释放这些中微子的情况下发生。发现这种衰变将重写我们对宇宙的理解，证明物质与反物质之间的联系比我们想象的更加深层。为了捕捉这一稍纵即逝的事件，科学家们需要具有极高灵敏度和精密度的探测器，能够从海量的背景噪声中分辨出一个单一且罕见的信号。挑战不仅在于建造一个足够大的容器，更在于确保内部释放出的每一丝微小的能量都能被精准地测量。
一个名为 NEXT 协作组的研究团队一直致力于应对这一挑战，他们使用了一种充满高压氙气的特种探测器。他们的最新成果——NEXT-100 实验，最近开始在西班牙的卡兰夫拉地下实验室（Laboratorio Subterráneo de Canfranc）进行其第一阶段的运行。该设施被设计成一个巨大的三维相机，能够以惊人的细节追踪电子的路径。其目标是最终用一种重同位素富集的氙气填满探测器，并等待那次罕见的衰变发生。然而，在开始那段漫长的搜寻之前，他们必须证明这台机器确实如预期般工作。在他们的第一份重大报告中，团队描述了他们如何使用一种安全的、人工产生的能量源来测试探测器的“视觉”，以绘制其性能图谱，并确保其在未来的长期数据收集过程中保持稳定。
为了测试这台机器，研究人员向充满氙气的腔室中引入了极少量的放射性气体——氪-83m（krypton-83m）。这种气体作为一个完美的、已知的能量源，其衰变方式会释放出一个精确且微小的能量脉冲，其能量等效于 41.5 千电子伏特（keV）。由于这种能量极低且高度一致，它可以作为一个可靠的“标尺”来衡量探测器。随着氪原子的在探测器体积内发生衰变，它们会产生光闪烁，并被两组不同的传感器捕捉。一组位于圆柱体的一端，通过测量总光量来确定事件的能量；另一组位于对侧，是一组精细的微型光传感器阵列，用于捕捉光线的形状和位置，从而重建出事件在三维空间中的确切位置。通过分析数百万个此类事件，团队得以创建一张详细的地图，展示探测器在腔室内每一个点对能量的响应情况。
这次初步定标的结果非常令人鼓舞。研究人员发现，探测器的响应并非完全均匀；受腔室几何结构以及电子在气体中漂移行为的影响，收集到的光量会随事件发生位置的不同而略有变化。然而，通过利用来自氪衰变的数据创建一个修正图谱，他们能够调整读数，使探测器的“视觉”在整个体积内实现统一。应用这些修正后，团队测量了探测器区分不同能量水平的能力，这种特性被称为能量分辨率。在探测器的全容积内，他们实现了 4.37% 的分辨率。当他们将焦点集中在一个模拟未来高压运行条件的中心、表现良好的区域时，分辨率提升至 4.16%。
这些数字具有重要意义，因为它们表明探测器的性能优于其设计目标。团队计算出，如果他们去观测能量高得多的无中微子双贝塔衰变（约为 2.458 兆电子伏特），探测器的性能将按比例提升至约 0.5% 的能量分辨率。这远低于有效分离罕见信号与背景噪声所需的 1% 阈值。此外，研究表明，该探测器具有极佳的时间稳定性。在三个月的时间里，传感器和内部气体保持了高度一致，光输出的变化小于 2%，且气体的纯度足以让电子自由移动而不发生损失。
NEXT-100 探测器这次成功运行标志着寻找无中微子双贝塔衰变进程中的关键一步。通过证明该机器能够以如此高的精度绘制其内部景观并保持性能的稳定性，协作组验证了进行下一阶段实验所需的技术。团队计划在 2026 年初将氙气压力提高到全额运行水平，届时探测器将准备好开始其长期的搜寻工作。目前，数据证实了该仪器不仅符合设计规格，而且具备了揭开宇宙最深邃奥秘所需的稳定性与清晰度。
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