科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

據(jù)最新一期《自然》雜志報(bào)道，德國(guó)馬克斯·普朗克核物理研究所（MPIK）的研究團(tuán)隊(duì)，僅用一個(gè)質(zhì)量不到3公斤的小型探測(cè)器，成功探測(cè)到中微子散射效應(yīng)，在中微子探測(cè)領(lǐng)域邁出了關(guān)鍵一步。

中微子是極其難以捉摸的基本粒子。由于中微子與物質(zhì)的相互作用極微弱，相關(guān)實(shí)驗(yàn)往往需要?jiǎng)虞m上千噸的大型設(shè)備。

此次研究基于MPIK正在推進(jìn)的“CONUS+”實(shí)驗(yàn)。早期的CONUS實(shí)驗(yàn)曾設(shè)在德國(guó)布羅克多夫核電站，2023年夏，該裝置被整體遷移至瑞士萊布施塔特核電站。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家重新組建了一個(gè)僅重3公斤的緊湊型探測(cè)系統(tǒng)。

這一小型裝置的突破在于，它使科學(xué)家成功探測(cè)到所謂的“全相干彈性中微子—核散射”（簡(jiǎn)稱CEvNS）效應(yīng)。在這一過程中，中微子不是與原子核中的單個(gè)粒子發(fā)生散射，而是與整個(gè)原子核產(chǎn)生相干散射，從而顯著提高了產(chǎn)生微小但可探測(cè)核反沖的幾率。

CEvNS早在1974年就被理論預(yù)測(cè)，但直到2017年才在加速器環(huán)境中由美國(guó)COHERENT實(shí)驗(yàn)首次探測(cè)到。而此次CONUS+的成果，則是在低能量、核反應(yīng)堆條件下首次實(shí)現(xiàn)該效應(yīng)的實(shí)測(cè)，且在“全相干”狀態(tài)下進(jìn)行。

研究人員稱，這表明CONUS+實(shí)驗(yàn)已具備探測(cè)反中微子與原子核散射的靈敏度。未來，這項(xiàng)技術(shù)可用于開發(fā)小型化、便攜式中微子探測(cè)器，監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆的熱輸出或同位素濃度等場(chǎng)景。

值得一提的是，與其他實(shí)驗(yàn)相比，CONUS+測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)核物理參數(shù)的依賴更小，因此能更靈敏地探索標(biāo)準(zhǔn)模型之外的“新物理”。因此，CEvNS效應(yīng)的觀測(cè)可為當(dāng)前宇宙結(jié)構(gòu)理論，即標(biāo)準(zhǔn)模型提供獨(dú)特見解。