小型裝置探測到罕見中微子散射效應

記者 張佳欣

據最新一期《自然》雜誌報道，德國馬克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）的研究團隊，僅用一個質量不到3公斤的小型探測器，成功探測到中微子散射效應，在中微子探測領域邁出了關鍵一步。

中微子是極其難以捉摸的基本粒子。由於中微子與物質的相互作用極微弱，相關實驗往往需要動輒上千噸的大型設備。

此次研究基於MPIK正在推進的“CONUS+”實驗。早期的CONUS實驗曾設在德國布羅克多夫核電站，2023年夏，該裝置被整體遷移至瑞士萊佈施塔特核電站。在此基礎上，科學家重新組建了一個僅重3公斤的緊湊型探測系統。

這一小型裝置的突破在於，它使科學家成功探測到所謂的“全相干彈性中微子—核散射”（CEvNS）效應。在這一過程中，中微子不是與原子核中的單個粒子發生散射，而是與整個原子核產生相干散射，從而顯著提高了產生微小但可探測核反衝的幾率。

CEvNS早在1974年就被理論預測，但直到2017年才在加速器環境中由美國COHERENT實驗首次探測到。而此次CONUS+的成果，則是在低能量、核反應堆條件下首次實現該效應的實測，且在“全相干”狀態下進行。

研究人員稱，這表明CONUS+實驗已具備探測反中微子與原子核散射的靈敏度。未來，這項技術可用於開發小型化、便攜式中微子探測器，監測反應堆的熱輸出或同位素濃度等場景。

值得一提的是，與其他實驗相比，CONUS+測得的數據對核物理參數的依賴更小，因此能更靈敏地探索標準模型之外的“新物理”。因此，CEvNS效應的觀測可為當前宇宙結構理論，即標準模型提供獨特見解。