历经50年，科学家终于在核反应堆附近捕获难以捕捉的中微子

最初位于布罗克多夫核电站的CONUS实验，于2023年夏季迁至瑞士莱布施塔特核电站（KKL）。对1公斤锗半导体探测器的改进，加上KKL优异的测量条件，首次实现了对所谓"相干弹性中微子-原子核散射"（CEvNS）的测量。在此过程中，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。这显著提高了极微小但可观测的原子核反冲概率。这种由中微子散射引发的反冲，可比拟为乒乓球撞击汽车后产生的反弹，而探测的本质就是捕捉汽车运动状态的改变。在CONUS+实验中，散射对象是锗的原子核。观测此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年即被预言，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以完全相干状态和更低能量成功观测到此效应。紧凑型CONUS+装置位于距反应堆堆芯20.7米处（见上图）。在此位置，每秒有超过10万亿个中微子穿过每平方厘米表面。通过在2023年秋季至2024年夏季约119天的测量，研究者在剔除所有背景及干扰信号后，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，"研究作者之一Christian Buck博士解释道。他同时强调，基于本文提出的CEvNS技术，未来可能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测量为标准模型（当前描述宇宙结构的理论）中的基本物理过程提供了独特洞察。相较于其他实验，CONUS+的测量能降低对核物理参数的依赖性，从而提升对超越标准模型的新物理的探测灵敏度。为此，CONUS+已于2024年秋季配备性能更强的大型探测器。凭借由此实现的测量精度，预计将获得更优结果。"CONUS+采用的技术方法具有开创性新发现的巨大潜力，"项目发起人、研究共同作者Lindner教授强调，"这项突破性成果可能由此开启中微子研究的新领域。"