小型装置探测到罕见中微子散射效应

记者 张佳欣

据最新一期《自然》杂志报道，德国马克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）的研究团队，仅用一个质量不到3公斤的小型探测器，成功探测到中微子散射效应，在中微子探测领域迈出了关键一步。

中微子是极其难以捉摸的基本粒子。由于中微子与物质的相互作用极微弱，相关实验往往需要动辄上千吨的大型设备。

此次研究基于MPIK正在推进的“CONUS+”实验。早期的CONUS实验曾设在德国布罗克多夫核电站，2023年夏，该装置被整体迁移至瑞士莱布施塔特核电站。在此基础上，科学家重新组建了一个仅重3公斤的紧凑型探测系统。

这一小型装置的突破在于，它使科学家成功探测到所谓的“全相干弹性中微子—核散射”（CEvNS）效应。在这一过程中，中微子不是与原子核中的单个粒子发生散射，而是与整个原子核产生相干散射，从而显著提高了产生微小但可探测核反冲的几率。

CEvNS早在1974年就被理论预测，但直到2017年才在加速器环境中由美国COHERENT实验首次探测到。而此次CONUS+的成果，则是在低能量、核反应堆条件下首次实现该效应的实测，且在“全相干”状态下进行。

研究人员称，这表明CONUS+实验已具备探测反中微子与原子核散射的灵敏度。未来，这项技术可用于开发小型化、便携式中微子探测器，监测反应堆的热输出或同位素浓度等场景。

值得一提的是，与其他实验相比，CONUS+测得的数据对核物理参数的依赖更小，因此能更灵敏地探索标准模型之外的“新物理”。因此，CEvNS效应的观测可为当前宇宙结构理论，即标准模型提供独特见解。