将一种元素转化成另一种元素（如通常的金）是炼金术士们在过去狂热的梦想和幻想的东西。事实证明，大自然在没有我们任何帮助的情况下一直在这样做——尽管通常不会变成金子。

这种被称为放射性的天然炼金术发生在一种元素衰变并在衰变过程中转变成另一种元素时。通过研究一些最稀有的衰变，可以得到一些最基本的物理学线索——物理学是如此的基础，它可能超出了我们目前的理解。其中一种难以捉摸的放射性衰变实际上从未被发现过，但物理学家们确实希望能找到它。

它被称为无中子双β衰变，这意味着放射性元素只会释放出两个电子，而不会产生其他任何东西(甚至不会产生幽灵般、无电荷、几乎不存在的粒子，即中微子)。如果物理学家能够在现实世界中发现这种衰变，将违反物理学的基本规则之一，并引发一场寻找新衰变的竞赛。但是对于无中子双β衰变的爱好者来说，这是个坏消息：一项持续时间最长的实验结果显示，这个过程没有任何迹象（即失败了，但没有告终），这意味着，如果这个“独角兽”过程真的发生了，那将是极其罕见，现在能做的就是继续挖掘，祈祷好运。

放射性剩余物

要了解无中子双β衰变的重要性，必须追溯到一个多世纪以前，即19世纪末，首先要了解什么是放射性衰变。技术高超的欧内斯特·卢瑟福发现了三种不同的衰变类型，他把它们称为α、β和γ(为什么不呢)。每一种衰变都会导致一种不同的能量释放，卢瑟福发现，所谓的“射线”在停止之前可以穿过一些金属薄片，走很长一段路。后来的实验揭示了这些射线性质：它们只是电子。所以一些化学元素(比如铯)正在把自己转化成其他元素(比如钡)，在这个过程中它们会吐出电子，这到底发生了什么事？

在我们弄清楚元素是由什么构成的(称为质子和中子的微小粒子)、质子和中子是由什么构成的(甚至更小的粒子称为夸克)以及这些实体在原子内部是如何相互作用(强核力和弱核力)之后，答案在几十年后才会揭晓。我们了解到，中子有一天会突发奇想决定变成质子，并在这个过程中释放出一个电子(曾经被称为射线)。因为中子变成了质子，而质子的数量决定了是哪种元素，我们几乎可以神奇地让元素变成其他元素。

重要的轻子

为了使这种转变发生，中子必须改变它的内部结构，而内部结构是由称为夸克的更小粒子组成。特别是，中子有一个“上”夸克和两个“下”夸克，而质子则相反：一个“下”夸克和一对“上”夸克。所以要把一种元素变成另一种元素，同时产生辐射，需要把夸克从下向上“翻转”，宇宙中只有一种力可以做到这一点：弱核力。事实上，这几乎就是弱力的全部作用：它把一种夸克变成另一种夸克。弱力起作用了，下夸克变成上夸克，中子变成质子，一个元素变成另一个。

但是反应都是关于平衡的，以电荷为例。假设从一个中性中子开始。最后得到一个带正电荷的质子，这是一个禁忌，所以需要一些东西来平衡它：带负电荷的电子。还需要另一种平衡：总轻子数必须保持不变。轻子只是一些最小粒子的一个花哨名字，比如电子，这种平衡行为的花哨术语是“轻子数守恒”。就像电荷一样，必须平衡故事的开头和结尾。在这种情况下，从零轻子开始，但以一个电子结束。它平衡什么？另一种新粒子在反应中产生，一种反中微子，它被认为是负的，平衡了一切

需要中微子吗？

问题是：可能存在一种根本不需要中微子的衰变，但这难道不会违反这个非常重要的轻子数守恒定律吗？是的，会的，而且会很棒。有时两个衰变可以同时发生，但基本上是同一原子内同时发生的两个常规衰变，虽然很少，但并不那么有趣，它会释放出两个电子和两个反中微子。但是有一个假设的双衰变不释放中微子。这种方法只有在中微子是它自己的反粒子时才有效，这意味着中微子和反中微子是完全相同的东西。在我们目前对所有粒子的知识水平上，真的不知道中微子是否有这样的行为。

要描述这种所谓的无中微子双β衰变的确切内部过程有点困难，但可以想象产生的中微子在逃离反应之前会与自身发生相互作用。在没有中微子的情况下，这个假设反应只产生两个电子，别的什么都没有，因此违反了莱普敦数守恒定律，这将打破已知的物理学，这将是非常令人兴奋的。因此，科学家们正在寻找类似的东西，因为第一个发现的小组很可能会获得诺贝尔奖。在过去的几十年里，许多实验来来去去都运气不佳，这意味着，如果这个过程在自然界中存在，那么它一定是非常、非常罕见的。

罕见的如何？在一篇论文中，先进钼基稀有工艺实验(AMoRE)背后的团队发布了第一个结果。这个实验用了很多钼来寻找无中子双衰变。你猜怎么着？没错，他们没有看到任何衰变。根据他们的实验规模和记录时间长度，他们估计双β衰变发生的半衰期不少于10^23年，这是目前宇宙年龄的一万亿倍多，所以这很少见。这是什么意思？这意味着，如果我们想在这个方向上找到新的物理学，必须继续挖掘，继续观察更多的衰变。