中微子会是自己的反粒子吗
物质有反物质。电子的反粒子是正电子，两者质量相等、电荷相反。质子也有反质子。但粒子与反粒子的差别并不一定表现为电荷相反：不带电的中子也有与之不同的反中子。
那么同样不带电的中微子呢？有两种可能：中微子和反中微子像中子和反中子一样是不同粒子，这叫狄拉克（Dirac）中微子；或者中微子本身就是自己的反粒子，这叫马约拉纳（Majorana）中微子。目前还不知道哪一种符合自然界。
寻找答案的方法之一是研究双贝塔衰变。有些原子核中，两个中子变成两个质子，同时释放两个电子和两个电子反中微子。如果只放出两个电子、没有任何中微子出现在最终态，研究者就可能发现一直在寻找的无中微子双贝塔衰变（0νββ）。
这并不是说两个反中微子先飞出原子核，再在外面相遇并湮灭。在研究最多的机制中，原子核内部的两个弱相互作用通过虚马约拉纳中微子的交换相连。如果存在马约拉纳质量成分，最终就有可能只出现两个电子而不放出中微子。1
发现0νββ将证明中微子具有马约拉纳质量成分。但这种衰变至今没有得到确证观测；即使存在，它也必然极其罕见。
如何寻找半衰期达10²⁶年的衰变
候选原子核之一是氙-136（¹³⁶Xe）。实验目前尚未发现其0νββ信号。已有的限制表明，如果这种衰变发生，半衰期必定远远超过10²⁶年。2
如此漫长的时间远大于宇宙的年龄，但研究者不是要观察一个原子核那么久。数百千克氙-136包含约10²⁷个原子核。单个原子核在几年内衰变的概率极低，但把如此多的原子核一起观测，就有机会捕获极少见的事件。
只增加原子核数量还不够。假如发生0νββ，没有中微子带走能量，两个电子的总能量就会集中在一个特定值附近。探测器要找的正是这个狭窄能量范围的信号。不幸的是，自然放射性和宇宙射线也能产生类似事件。因此实验通常放在地下深处，尽量采用放射性杂质很少的材料，同时精密测能并排除背景事件。
要有足够大的靶质量、足够精确的测量，还要压低假信号。
很难在一台装置中同时让三个条件都达到最优。方便容纳大量同位素的技术未必拥有最好的能量分辨率；能清楚记录电子径迹的探测器又可能不容易大型化。这就是寻找同一衰变的不同团队采用不同装置的原因。
同一种氙-136，三种探测方式
只看氙-136，就能理解这些取舍。KamLAND-Zen将富集氙溶解在液体闪烁体中。粒子在闪烁体中沉积能量时会产生光信号，而且大的容器可以容纳大量含氙液体。最近的分析使用了745千克富集氙，仍然没有找到0νββ信号。2
NEXT使用高压氙气。气体密度比液体低，要容纳相同数量的氙，就需要更大的体积；不过它可以记录电子通过气体时留下的径迹。如果发生0νββ，两个电子会从同一位置发出。NEXT不仅测量能量，还利用径迹特征区分信号与背景。2026年发布的NEXT-100实际校准结果外推至0νββ能量后，预期能量分辨率优于1%。3
nEXO则计划采用另一种方法：将富集氙-136的液氙扩大到数吨规模，利用闪烁光和电离电荷测量能量与事件位置。3 使用同一种氙-136，KamLAND-Zen侧重液体闪烁体的发光，NEXT重视高压气体中的电子径迹，而nEXO计划在大质量液氙中同时获得光、电荷和位置信息。
选择怎样的装置，取决于能收集多少原子核、能多精确地测量能量、能掌握多少事件信息。但研究路线的差异并不局限于氙。
换一种原子核，实验问题也不同
LEGEND使用锗-76（⁷⁶Ge）。锗晶体既是可能发生衰变的靶材，也是直接测量能量的半导体探测器，所以有机会取得非常高的能量分辨率。LEGEND-200已开始积累数据，2026年公布的首批结果也没有发现信号。4
CUORE使用含碲-130（¹³⁰Te）的晶体，把它们冷却到极低温度，测量粒子沉积能量所造成的微弱温升。CUPID和AMoRE则研究在含钼-100（¹⁰⁰Mo）的低温晶体中同时读取热和光信号。韩国地下实验室耶米实验室正在准备的AMoRE-II也是其中一项。5
没有哪一种同位素在所有方面都最好。能够获得多少同位素、能把它制作成什么材料、适合采用什么探测方式，都可能不同。有些技术的强项是能量分辨率，有些则能提供更多拒绝背景的信息。然而，使用不同原子核的重要性不仅在于工程设计。
半衰期下限越长不代表实验越领先
KamLAND-Zen得到的氙-136的0νββ半衰期下限为3.8×10²⁶年。LEGEND-200与此前GERDA、MAJORANA DEMONSTRATOR的资料联合得到的锗-76下限为1.9×10²⁶年。2 4 数字看起来前者恰好高一倍，但不能由此判断哪一种实验“领先一倍”。
不同原子核的衰变可用能量与内部质子、中子的量子结构各不相同。因此即使中微子具有相同的物理性质，在一种原子核中发生0νββ的概率也未必等于另一种。理论计算中描述核结构影响的量称为核矩阵元（nuclear matrix element）。6
核矩阵元不是直接从实验读出的数值，而是依靠复杂的核理论计算，方法不同会带来差异。假定轻马约拉纳中微子交换占主导后，把半衰期下限转换为有效马约拉纳质量的限制，得到的往往是取决于核计算的范围，而不是精确的一个数字。同一组KamLAND-Zen数据，在不同核矩阵元假设下就会给出不同的质量范围。2
所以，不能直接按照不同同位素的半衰期下限给实验排座次。使用不同原子核还有更深一层意义。
在尚未发现信号时，各种探测器可以用不同的弱点彼此补充。大质量氙探测器与高精度锗半导体探测器的背景来源不同，把结果解释成中微子质量限制时依赖的核理论计算也不同。综合多种核种和探测方式的未发现结果，可以减少对单一装置或单一核种特性的依赖；但这不会自动消除核计算的不确定性。6
假设未来在氙-136中发现疑似0νββ信号，科学家还可以在锗-76、碲-130等其他核种中寻找相应范围的衰变。如果独立的探测器与原子核都指向同一结论，就能降低首个信号实际上来自某一装置背景或未知噪声的可能。但其他实验只有在具备足够灵敏度和曝光量时，其未发现结果才有足够的检验价值。
更进一步，理论并非只有一种可能导致0νββ的机制。机制不同，不同核种之间预期的衰变速率关系也可能变化。如果多种核种最终都测到了半衰期，研究者或许不仅能确认衰变存在，还能逐步限制可能的物理机制。不过能辨别到什么程度，依然取决于核矩阵元的不确定性、计算之间的相关性以及采用的物理模型；多核种测量不意味着机制会自动确定。6
不同实验不是重复做同一件事：发现之前，它们从不同方向围绕同一现象；发现之后，它们还可以相互核验。
JUNO未来也可能加入这场探索
目前JUNO的主要任务并不是寻找0νββ，而是精密测量来自核反应堆的电子反中微子振荡，研究中微子质量排序等问题。
不过研究者也探讨过在未来改造这一大型探测器的可能性。其中一个设想是在JUNO中心设置独立容器，灌入溶解了富集氙-136的液体闪烁体。那样就会由观测来自反应堆的反中微子，转而寻找容器内部原子核极少发生的衰变。7
JUNO现有的约两万吨液体闪烁体，并不意味着它已经拥有两万吨双贝塔衰变靶材。未来若改造，使用何种同位素、多少数量、如何配置以及何时开展，都还没有确定。KamLAND-Zen和LEGEND已经积累搜索数据，NEXT采用不同的氙探测方式，nEXO等下一代实验也在开发中。
如果JUNO将来加入这项研究，那么为测量中微子质量排序而建造的大型装置，就将参与世界各地研究团队利用不同原子核追寻的另一道根本问题。现在JUNO追问的是三个质量态按什么顺序排列；之后还有更古老的问题等待答案。
中微子与反中微子，究竟是不是不同的粒子？
注释
1. 0νββ中的中微子去了哪里？ 这不是反中微子在原子核外相遇并湮灭。典型的轻马约拉纳交换机制中，虚中微子连接核内两个弱相互作用顶点。其他机制也可能产生0νββ。Schechter–Valle黑箱定理说明发现这种衰变意味着存在马约拉纳质量成分，但不证明轻中微子交换一定占主导。J. Schechter & J. W. F. Valle, Physical Review D 25, 2951 (1982), 原始论文；M. Agostini et al., Reviews of Modern Physics 95, 025002 (2023), 综述。
2. KamLAND-Zen。 全部KamLAND-Zen 800数据使用745千克富集氙，氙-136曝光量为2.1吨·年；联合以前的结果，仍未发现0νββ，在90%置信水平下给出3.8×10²⁶年的半衰期下限。在轻马约拉纳交换及gA≈1.27等假设下，有效马约拉纳质量上限依核矩阵元计算而为28–122meV，并非某一质量本征态的直接测量。S. Abe et al., Physical Review Letters 135, 262501 (2025), 期刊论文；公开原稿。
3. NEXT与nEXO。 NEXT-100在²⁰⁸Tl的2615keV光电峰测得(0.90±0.02)% FWHM；将校准结果按能量规律外推至氙-136的Qββ=2458keV，预测为(0.93±0.02)% FWHM，并不是实际探测到了0νββ。nEXO设计采用约5,000千克液氙总质量，并计划把氙-136富集到约90%，不能写成纯氙-136质量5吨。NEXT Collaboration, European Physical Journal C 86, 1057 (2026), 论文；nEXO Collaboration, 预概念设计；官方项目。
4. LEGEND-200。 富集锗-76高纯度半导体探测器在低本底液氩环境中工作。首批数据的曝光量为61.0千克·年；1.9×10²⁶年这一90%置信下限是与GERDA和MAJORANA DEMONSTRATOR联合分析的结果，不是LEGEND-200单独测出的数值。H. Acharya et al., Physical Review Letters 136, 022701 (2026), 论文公开版。
5. 碲与钼实验。 CUORE用含碲-130的TeO₂晶体作低温热量计；CUPID的2025年设计计划使用1,596块富集钼-100的Li₂MoO₄闪烁晶体读取热与光信号。AMoRE-II也计划在韩国耶米实验室利用钼酸盐晶体同时测量热与光。必须区分设计阶段与已运行的实验。CUORE Collaboration, Science 390, 1029–1032 (2025), 论文；CUPID Collaboration, EPJC 85, 737 (2025), 设计论文；AMoRE Collaboration, 灵敏度研究。
6. 多核种的互补性、独立验证与机制研究。 若轻马约拉纳交换占主导，衰变率与核种特有的相空间因子、核矩阵元平方和有效马约拉纳质量平方有关。核理论计算存在不确定性及相关性，因此不能简单按半衰期下限排名；联合实验也不会自动消除理论误差。发现前，不同核种和背景特征相互补充；发现后，足够灵敏的独立实验有助于检验信号，核种间的衰变率还可能限制不同物理机制，但具体能力取决于模型。T. Shickele et al., Physical Review D 114, 013007 (2026), 论文；M. Agostini, F. F. Deppisch & G. Van Goffrier, JHEP 02, 172 (2023), 论文；K. Ishidoshiro, Physical Review D 114, 035047 (2026), 论文。
7. JUNO未来升级设想。 2017年的研究探索在JUNO中心设置独立容器，加入掺富集氙-136的液体闪烁体，用于0νββ搜索。文中的5吨、50吨是有效体积内的氙-136质量，并非已经装入探测器的同位素。JUNO自2025年8月26日起用约两万吨液体闪烁体开始采集数据，未来0νββ升级尚属方案。J. Zhao et al., Chinese Physics C 41, 053001 (2017), 原论文；公开原稿；JUNO官方运行消息。