摘要：中微子是极其难以捉摸的基本粒子。每秒钟，都有600亿个中微子从太阳发出，穿过地球的每一平方厘米，而地球对它们来说却是透明的。在首次理论预测中微子存在之后，几十年后才真正被探测到。这些实验通常规模极大，以解释中微子与物质之间极其微弱的相互作用。

中微子是极其难以捉摸的基本粒子。每秒钟，都有600亿个中微子从太阳发出，穿过地球的每一平方厘米，而地球对它们来说却是透明的。在首次理论预测中微子存在之后，几十年后才真正被探测到。这些实验通常规模极大，以解释中微子与物质之间极其微弱的相互作用。

海德堡马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）的科学家利用CONUS+实验成功探测到来自核电站反应堆的反中微子，该实验探测器质量仅为3公斤。这项研究发表在《自然》杂志上。

CONUS 实验最初位于布罗克多夫核电站，于 2023 年夏天迁至瑞士莱布施塔特核电站 (KKL)。1 公斤锗半导体探测器的改进以及 KKL 优良的测量条件使得首次能够测量所谓的相干弹性中微子-核散射 (CEvNS)。

在这个过程中，中微子不会从探测器中原子核的单个成分散射，而是与整个原子核发生相干散射。这显著增加了产生微小但可观测的核反冲的概率。这种由中微子散射引起的反冲类似于乒乓球从汽车上弹起，而探测到的则是汽车的运动变化。

在 CONUS+ 中，散射伙伴是锗的原子核。观测这种效应需要低能中微子，例如在核反应堆中大量产生的中微子。

这一效应早在1974年就被预测，但直到2017年才由粒子加速器上的相干实验（COHERENT）首次证实。如今，CONUS+实验首次在反应堆中成功观测到完全相干和较低能量下的这一效应。紧凑型CONUS+装置位于距离反应堆核心20.7米处。在此位置，每秒有超过10万亿个中微子流过每平方厘米的表面。

经过2023年秋季至2024年夏季约119天的测量，研究人员在扣除所有背景信号和干扰信号后，从CONUS+数据中提取出了395±106个中微子信号。该值与理论计算值在测量不确定度范围内高度一致。

“我们成功证实了 CONUS+ 实验的灵敏度及其探测原子核反中微子散射的能力，”该研究的作者之一克里斯蒂安·巴克博士解释道。他还强调，开发小型移动式中微子探测器来监测反应堆热量输出或同位素浓度，是本文提出的 CEvNS 技术未来的潜在应用。

CEvNS 测量为粒子物理学标准模型（即描述宇宙结构的现行理论）中的基本物理过程提供了独特的见解。与其他实验相比，使用 CONUS+ 进行的测量减少了对核物理方面的依赖，从而提高了对超越标准模型的新物理现象的灵敏度。

为此，CONUS+ 已于 2024 年秋季配备了改进的、更大的探测器。凭借由此产生的测量精度，预计可以获得更好的结果。

“CONUS+ 所采用的技术和方法在基础性新发现方面拥有巨大的潜力，”该项目发起人兼研究作者林德纳教授强调道。“因此，CONUS+ 的突破性成果可能标志着中微子研究新领域的起点。”

来源：科学银河系