自物理学家欧内斯特·卢瑟福于1911年发现原子核以来，研究其结构和行为一直是科学界的重要课题。尽管一个多世纪以来，科技已飞速发展，但宇宙的奥秘依然众多，科学家们仍在不断探索。如今，他们依靠美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)研究人员开发的尖端锗探测器，来解开这些持久的谜团。
ORNL的科学家正在利用锗探测器研究难以捉摸的核过程，以寻找可能重新定义宇宙本身的答案。这些答案包括：为什么宇宙中的物质比反物质多?一个粒子是否可以同时是物质和反物质?大爆炸产生的东西和粒子物理标准模型所暗示的东西之间是否存在不匹配?
ORNL 的 David Radford 展示了他设计的锗探测器(其中央触点在 3 英寸标记处可见)，这对 LEGEND 研究工作至关重要。图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部
ORNL基础核物理和粒子物理部门负责人David Radford是该领域的国际知名专家，对锗探测器的开发产生了重要影响。锗探测器是基础物理研究的重要工具，它使用大型单晶锗(一种金属元素)来探测辐射，并实现极其精确的能量测量。
Radford目前领导着美国能源部资助的大型浓缩锗无中微子双β衰变实验部分，即LEGEND-1000 DOE项目(简称LEGEND)。LEGEND是一个跨国、跨机构的项目，旨在利用锗探测器揭示更多关于中微子性质的信息。中微子是宇宙中最丰富、质量最大的粒子之一，更好地了解它们可能有助于解开物理学最大的谜团。
LEGEND全球物理实验由来自约50个国际机构的250多名研究人员合作完成，实验将依靠一个重达一吨的锗探测器阵列，该阵列位于地下实验室中，以消除背景放射性的干扰。该项目还获得了美国国家科学基金会和多个欧洲机构的资助。
锗探测器自20世纪60年代中期问世以来，已成为核物理学家的重要研究工具。它最初是由高纯度锗单晶生长而成的，为核物理学家提供了一项新的研究技术：高分辨率伽马射线光谱学。通过分析伽马射线光谱，可以确定原子核的结构或材料的同位素组成。
ORNL的研究科学家James “Mitch” Allmond也在利用锗探测器研究低能核物理和核天体物理。他希望通过更好地理解原子核在远离“稳定谷”时的行为，来提出有关恒星内部正在发生的事情的理论，并更好地了解地球的元素丰度。
Radford表示，如果中微子是所谓的马约拉纳粒子，即自己的反中微子，那么应该会发生无中微子的双重贝塔衰变。这正是LEGEND实验所寻找的。如果观察到这种衰变，将意味着轻子数不守恒，这将极大地改变粒子物理学的标准模型，甚至可能解释我们如何存在。
几十年来，科学家开发出了更先进的锗探测器阵列。Radford在20世纪90年代通过改进点接触设计，实现了更大的锗探测器，从而成倍增加了观察目标现象的机会。
除了LEGEND项目外，还有其他近十几个国际实验也在探索难以捉摸的马约拉纳中微子。然而，Radford坚持认为，锗仍然是这些大型合作项目的首选。他将对这种知识的追求比作艺术创作，认为科学研究也是人类探索世界、了解自身存在和宇宙运转的重要方式。
美国能源部科学办公室支持这项研究，旨在推进人类对宇宙基本科学知识的了解。
