在德國馬克斯·普朗克核物理研究所(Max Planck Institute for Nuclear Physics, MPIK)的科學家們成功探測到來自核反應堆的反微中子,這一成就得益於一個質量僅為 3 公斤(約 6.6 磅)的檢測器。此次成果是通過 CONUS+ 實驗實現的,並且提供了關於來自核反應堆源的相干彈性微中子-原子核散射(Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering, CEvNS)的觀測,這一過程在完全相干的情況下進行。研究人員在新聞稿中表示:「CEvNS 的測量為理解粒子物理學標準模型中的基本物理過程提供了獨特的見解,這一模型目前是描述我們宇宙結構的理論。」
此次實驗位於瑞士萊布施塔特核電廠的核心 20.7 米遠處,使用了三個質量各為 1 公斤(約 2.2 磅)的鍺半導體檢測器來識別 CEvNS,這是一個低能微中子與整個原子核相互作用的過程。新聞稿中解釋道:「在這一過程中,微中子並不會與檢測器中的原子核的個別組成部分散射,而是與整個原子核進行相干散射。這顯著提高了非常小但可觀察的核反沖的概率。」這一過程可以比作乒乓球撞擊汽車;雖然汽車的反沖很小,但這是可觀察的效果。在這種情況下,核反應堆的反微中子散射到了檢測器中的鍺原子核上。
在 2023 年至 2024 年的 119 天測量期間,研究團隊在扣除背景和干擾信號後,記錄到 395±106 個微中子信號的過量。檢測器所在位置每平方厘米每秒接收來自核反應堆的超過 10¹³(十兆)個微中子流。新聞稿中指出:「這一數值與理論計算結果非常吻合,並在測量的不確定性範圍內。」研究的作者之一克里斯蒂安·巴克博士補充道:「因此,我們成功確認了 CONUS+ 實驗的靈敏度及其檢測反微中子從原子核散射的能力。」
微中子的檢測通常需要大型實驗,因為微中子是與物質相互作用非常微弱的基本粒子。CEvNS 效應於 1974 年被理論化,並在 2017 年由 COHERENT 實驗首次在粒子加速器中觀測到。CONUS+ 的結果是首次在這些低能量下來自核反應堆的 CEvNS 效應觀測。巴克博士指出,CEvNS 技術未來可能有應用潛力,包括開發小型移動微中子檢測器,以監測核反應堆的熱輸出或同位素濃度。此次測量還為檢驗粒子物理學的標準模型提供了數據。根據研究者的說法,CONUS+ 的測量對核物理學方面的依賴性較低,從而提高了對標準模型以外物理的靈敏度。
項目的發起人曼弗雷德·林德教授表示:「CONUS+ 所使用的技術和方法具有良好的潛力,能夠實現基本的新發現。」這一開創性的 CONUS+ 結果可能因此成為微中子研究新領域的起點。為了提高測量的準確性,該實驗在 2024 年秋季配備了改進和更大型的檢測器。




