马约拉纳中微子是否存在，通俗地说就是中微子是否是其自身的反粒子，是粒子物理的最重要问题之一。在马约拉纳1937年提出他的马约拉纳中微子理论后的两年后，美国物理学家Furry于1939年提出可以通过搜寻一种极其稀有的无中微子双贝塔衰变来验证这个理论。有一类原子核会发生一种稀有的二阶贝塔衰变过程，同时两个中子变成为两个质子、两个电子和两个反电子中微子，该过程被称为双贝塔衰变。如果在这个衰变末态中只有电子的发射但是没有伴随的中微子，便是无中微子双贝塔衰变了。过去的80多年中，科学家在极深地下实验室一直在寻找无中微子双贝塔衰变，但测量它的前提条件就是对双贝塔衰变的精确测量。

图一：探测器中心部分能谱及拟合结果

氙-136正是这样神奇的原子核之一，在自然氙中的丰度约为9%，它发生双贝塔衰变后成为稳定的钡-136。尽管国际上之前已有实验采用同位素富集的氙-136探测器精确测量了这种衰变，当自然氙探测器的体量达到一定程度后也具备很高的灵敏度。近期，PandaX合作组利用PandaX-4T自然氙探测器精确测量了氙-136双贝塔衰变半衰期，成为国际首次利用此类型的探测器的测量，同时给出了最完整的氙-136双贝塔衰变能谱。PandaX合作组测量的半衰期精度在4%左右，可以同之前的两个富集氙-136的实验结果相比拟，展现了PandaX液氙探测器巨大的物理潜力。这个重要成果近期发表于全新综合顶刊Research（IF=11.0），其中一位审稿人评论说：“该论文证明了大规模液氙实验对搜寻极稀有事件的非凡能力（great capability）。同时，一个独立的氙-136双贝塔衰变的测量对刻度衰变矩阵元的计算极其有用 (extremely helpful)”。

图二：PandaX老师同学们在锦屏地下实验室超净间

双贝塔衰变的精确测量结果基于PandaX-4T探测器试运行数据，由上海交通大学物理与天文学院韩柯、王少博副教授（中法学院双聘）、中山大学肖翔副教授领导，上海交通大学博士生司琳同学和中山大学成兆侃博士后主导该分析工作。

PandaX合作组由上海交通大学发起并主导，合作组发言人为物理与天文学院/李政道研究所的刘江来教授。PandaX 实验的合作单位包括山东大学、北京大学、中国科学技术大学、中山大学、北京航空航天大学、南开大学、复旦大学、原子能科学研究院以及雅砻江流域水电开发有限公司（雅砻江水电）等。本研究工作得到了锦屏地下实验室的大力协助。PandaX实验得到教育部、上海交通大学，以及合作组单位的长期支持，自然科学基金委、科技部、上海市、四川省、香港鸿文基金会、腾讯基金会和阳阳发展基金都对本项目有重要资助。

论文链接：https://doi.org/10.34133/2022/9798721