微中子探測器成功捕捉到神祕粒子，開啟新研究領域

近日物理學界捕捉到微中子無疑是重大突破，經過數十年努力，科學家終於成功捕捉到這幾乎看不見的粒子，它們能穿透地球及其他物質卻不受阻礙。成就來自德國海德堡馬克斯‧普朗克核物理研究所（MPIK），使用僅重 3 公斤的探測器，成功檢測到核反應堆產生的反微中子。

CONUS+實驗最初設於德國布羅克多夫核電廠，2023年夏季搬遷至瑞士萊布施塔特核電廠（KKL），因測量條件更佳。搬遷及升級1公斤鍺半導體探測器後，研究員就首次檢測到稱為相干彈性微中子─原子核散射（CEvNS）的稀有過程。

CEvNS過程微中子與原子核整體互動，而非與個別部分互動，增加檢測到整個原子核微小反彈的可能性。研究員將之比喻為乒乓球撞擊停止汽車，汽車幾乎不動，但運動可檢測。CONUS+探測器利用核反應堆產生的大量低能微中子觀察。

CEvNS效應早在1974年就有人預測，但直到2017年才由COHERENT實驗於粒子加速器首次確認。CONUS+實驗成功在核反應堆觀察到此效應，論文發表於《自然》期刊。

CONUS+探測器位於反應堆核心20.7公尺處，每秒超過10兆個微中子穿過每平方公分表面。經2023年秋天至2024年夏天約119天測量，研究員從CONUS+數據提取395±106個微中子訊號，與理論計算結果非常吻合。

成員之一克里斯蒂安·巴克博士表示：「我們成功確認CONUS+實驗的靈敏度及檢測反微中子與原子核散射的能力。」將來可能開發小型移動微中子探測器，以監測核反應堆熱輸出或同位素濃度。

CEvNS測量為粒子物理學標準模型基本物理過程提供獨特見解。與其他實驗相比，CONUS+測量減少核物理依賴，提高對標準模型以外新物理的靈敏度。CONUS+在2024年秋天已改配更大探測器，可獲得更佳測量準確性。

發起人及論文作者之一林德納教授強調：「CONUS+技術方法對發現新物理有極大潛力。」此突破性結果可能代表新微中子領域的開始。

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（首圖來源：Max-Planck-Institut für Kernphysik）

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