联合核子研究所核问题实验室的研究人员与俄罗斯、哈萨克斯坦多个科研中心的同行合作，首次发现了锆-96同位素(96Zr)的单β衰变。为确认这一自然界中最罕见的单β衰变过程，物理学家进行了长达数年的连续测量。
这项实验最初的主要目标是研究锆-96的双β衰变，实验地点位于俄罗斯科学院核研究所巴克桑中微子观测站，地下深度相当于4900米水当量。研究团队使用了基于超高纯锗探测器的低本底实验装置SNEG，以尽可能降低环境辐射对测量结果的干扰。
寻找无中微子双β衰变(0νββ)是当代核物理和粒子物理中最重要的课题之一。若这一假设过程得到证实，将意味着存在超出标准模型的物理现象，表明轻子数可能不守恒，并证明中微子具有马约拉纳粒子性质，即中微子与反中微子本质上相同。
对无中微子双β衰变的研究还可能帮助科学家回答一个基础宇宙学问题：为什么宇宙中的物质远多于反物质。因此，通过能谱方法寻找无中微子双β衰变，将核物理与天体物理学、宇宙学直接联系在一起。
目前，锆-96被认为是未来研究无中微子双β衰变最有前景的候选核素之一。这种不稳定同位素的半衰期约比宇宙年龄长十亿倍。在探测器质量相同的情况下，锆-96发生双β衰变的概率几乎比另一种重要候选核——锗-76高出百倍。此外，锆-96的衰变能量高于天然放射性伽马射线能量的上限，有利于降低背景干扰。
实验能够取得成功，很大程度上得益于研究材料的高质量。在天然锆中，科学家所需的锆-96同位素丰度仅为2.8%。2022年，应联合核子研究所委托，俄罗斯国家原子能公司“俄罗斯原子能”开发了专门的锆-96富集方法，并向杜布纳提供了独特样品。样品在联合核子研究所完成初步研究后，被送往俄罗斯科学院核研究所巴克桑中微子观测站。
研究团队在实验中测量了0至2800千电子伏能量范围内的γ量子能谱。使用富集锆样品的测量累计持续12625.34小时;背景测量持续2896.98小时，并按相同时长进行归一化处理。这些长期、低本底的测量为识别极其罕见的衰变信号提供了关键依据。
该实验的首个重要成果，就是发现了自然界中已知最罕见的单β衰变。值得注意的是，根据理论计算，这一新发现的跃迁在自然界中发生的频率甚至低于锆-96原子核伴随两个反中微子发射的双β衰变。
研究人员下一步计划继续寻找锆-96向钼-96激发态发生的双β衰变，并研制专门探测器，用于研究其向基态衰变的过程。
