50年后，科学家终于在反应堆附近捕获难以捉摸的中微子

最初部署在布罗克多夫核电站的CONUS实验装置，于2023年夏季迁至瑞士莱布施塔特核电站（KKL）。通过对1公斤锗半导体探测器的改进，加上KKL优越的测量条件，科研人员首次实现了相干弹性中微子-原子核散射（CEvNS）的测量。该过程中，中微子并非与探测器内原子核的单个组分发生散射，而是与整个原子核发生相干作用，这使得极其微弱但可观测的原子核反冲概率显著提升。这种中微子散射引发的反冲效应，就好比乒乓球撞击汽车后引发的汽车运动状态变化。在CONUS+实验中，散射对象是锗元素的原子核。观测该效应需要低能中微子，例如核反应堆大量产生的中微子。

该效应早在1974年就被预言，但直到2017年才由COHERENT实验在粒子加速器上首次证实。正如近期《自然》研究论文所述，CONUS+实验首次在反应堆环境中实现了全相干条件下更低能量段的观测。紧凑型CONUS+装置距反应堆堆芯仅20.7米（见上图）。该位置每秒每平方厘米表面会穿过超过10万亿个中微子。在2023年秋季至2024年夏季约119天的测量周期后，研究人员在扣除所有本底和干扰信号后，从CONUS+数据中提取出395±106个超额中微子信号。该数值在测量不确定度范围内与理论计算高度吻合。"我们由此成功验证了CONUS+实验的灵敏度及其探测原子核反中微子散射的能力，"论文作者之一Christian Buck博士解释道。他还强调，本文展示的CEvNS技术未来可能应用于开发小型移动式中微子探测器，用于监测反应堆热功率或同位素浓度。

CEvNS测量为粒子物理标准模型（当前描述宇宙结构的基础理论）中的基本物理过程提供了独特视角。与其他实验相比，CONUS+的测量能降低对核物理参数的依赖性，从而提升对标准模型之外新物理现象的探测灵敏度。为此，CONUS+已在2024年秋季配备了性能更强、体积更大的探测器。凭借由此提升的测量精度，预计将获得更优异的成果。"CONUS+采用的技术方法具有开创重大发现的卓越潜力，"项目发起人、论文合著者Lindner教授强调，"这项突破性成果可能标志着中微子研究新领域的起点。"