البحث عن الاضمحلالات النادرة نافذة على فيزياء ما وراء النموذج القياسي. فالاضمحلال الثنائي الخالي من النيوترينو الكلاسيكي (0ν2β) سيشير إلى الطبيعة المايورانية للنيوترينو، لكن عقودًا من البحث لم تُثمر بعد. وفي عام 2013 اقترح هيك وروخيان البحث عن الاضمحلال الرباعي الخالي من النيوترينو (0ν4β)، وهو ممكن حتى للنيوترينوات الديراكية. وإذا اكتُشف 0ν4β في غياب 0ν2β، فسيكون ذلك حجة قوية لصالح الطبيعة الديراكية للنيوترينو. ويأتي عمل PandaX-4T في سياق البحث عن انتهاك عدد اللبتونات في كواشف الزينون السائل، إلى جانب دراسات الاضمحلال الثنائي للزينون-136 والالتقاط الإلكتروني الثنائي للزينون-124.
استخدم التحليل بيانات جلستين من PandaX-4T: جلسة التشغيل التجريبي (Run0) والجلسة العلمية الأولى (Run1)، بتعرض إجمالي 148,4 كغ·سنة لنظير الزينون-136. الكاشف عبارة عن غرفة إسقاط زمني ثنائية الطور تحتوي على 3,7 طن من الزينون السائل، وتقع في مختبر جينبينغ تحت الأرض على عمق 2400 متر. وُسّعت منطقة الطاقة محل الاهتمام لتصل إلى 20–140 كيلوإلكترون فولت، لتشمل القمة المتوقعة عند 79 كيلوإلكترون فولت. وقد حُوّلت الخلفية من مواد الكاشف، وشوائب الكريبتون-85، والرادون، والاضمحلال الثنائي للزينون-136، والالتقاط الإلكتروني الثنائي للزينون-124، والنيوترينوات الشمسية. ولتقدير مساهمات الخلفيات استُخدمت بيانات المعايرة والمحاكاة بطريقة مونت كارلو على أساس Geant4.
لم يُعثر في الطيف على زيادة ذات دلالة إحصائية فوق الخلفية. ووُضع حد أعلى لمعدل الإشارة مقداره 43,75 حدثًا لكل طن في السنة، وهو ما يقابل حدًا أدنى لعمر النصف للاضمحلال الرباعي الخالي من النيوترينو للزينون-136: T₁/₂ > 6,01×10²⁴ سنة عند مستوى ثقة 90%. وبلغت الحساسية الوسيطة 5,5×10²⁴ سنة. والنتيجة أقوى بـ 1,6 مرة من الحد السابق لتجربة XMASS (3,7×10²⁴ سنة)، وهي الأشد لهذه العملية في الزينون. والخلفيات المهيمنة في Run0 هي الزينون-133 المنشّط، وفي Run1 هي الرصاص-214 من سلسلة الرادون.
تتميز هذه العملية عن البحوث المجاورة بأنها تستخدم لأول مرة كتلة فيدوسية كبيرة لكاشف زينون سائل في البحث عن 0ν4β، بينما جاء الحد السابق من كاشف XMASS الأصغر. ويبدأ الحد الجديد في تقييد النماذج النظرية التي تنتهك عدد اللبتونات بأربع وحدات. وغياب الإشارة لا يسمح بعد بالحكم على طبيعة النيوترينو، لكنه يُظهر أن كواشف الزينون السائل قادرة على المنافسة في هذا المجال.
يُتوقع تحسين الحساسية أكثر من تحليل بيانات Run2 ومن الكاشف المستقبلي PandaX-xT بكتلة تبلغ عشرات الأطنان. وزيادة التعرض وخفض الخلفية سيسمحان إما باكتشاف 0ν4β، وإما بوضع حدود تستبعد جزءًا كبيرًا من فضاء المعاملات لنماذج الرباعية اللبتونية.
ستؤثر النتيجة على ظواهر النيوترينو، والنماذج التي تنتهك عدد اللبتونات، والبحث عن المادة المظلمة المرتبط بالرباعية اللبتونية.
تحليل بيانات Run2 لتجربة PandaX-4T والتحضير لإطلاق PandaX-xT، حيث ستزداد الحساسية لـ 0ν4β بمراتب قدرية.
في فيزياء النيوترينو، المسألة الأساسية غير المحلولة هي طبيعة كتلة النيوترينو: مايورانية أم ديراكية. والبحث عن 0ν4β مرتبط مباشرة بهذه المسألة، لأن اكتشافه في غياب 0ν2β سيشير إلى السيناريو الديراكي. وتتعلق هذه العملية أيضًا بمشكلة أصل عدم التماثل الباريوني في الكون عبر التوليد اللبتوني، الذي يتطلب انتهاك عدد اللبتونات.
عمر النصف 6,01×10²⁴ سنة أكبر من عمر الكون بـ 400 تريليون مرة. ولو حدث هذا الاضمحلال، لما اضمحل في كيلوغرام من الزينون-136 أكثر من ذرة واحدة في السنة.
في رواية «مشكلة الأجسام الثلاثة» لليو تسيشين، تُستخدم النيوترينوات للتواصل مع حضارة خارج الأرض. والبحث عن أندر الاضمحلالات، مثل 0ν4β، يشبه محاولات التقاط إشارات تكاد لا تُحس من أعماق عالم الجسيمات الدقيقة.