Учёные из Института ядерной физики Общества Макса Планка в Гейдельберге смогли зафиксировать антинейтрино с помощью эксперимента CONUS+, используя детектор массой всего 3 килограмма. Это стало возможным благодаря перемещению установки на территорию атомной электростанции в Лайбштадте, Швейцария, и улучшению чувствительности германиевых полупроводниковых детекторов. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Нейтрино — одни из самых неуловимых частиц во Вселенной. Каждую секунду сквозь каждый квадратный сантиметр Земли проходят десятки миллиардов таких частиц от Солнца, и почти ни одна из них не взаимодействует с веществом. Поэтому учёным требуются особенно чувствительные приборы, чтобы вообще зафиксировать их присутствие.
CONUS+ стал первым экспериментом, которому удалось зарегистрировать процесс когерентного упругого рассеяния антинейтрино на ядрах атомов при полной когерентности и низких энергиях в условиях действующего ядерного реактора. В отличие от обычного рассеяния, при этом эффекте нейтрино взаимодействуют не с отдельными протонами и нейтронами, а сразу с целым ядром атома. Благодаря этому возрастает шанс на то, что ядро даст слабую, но измеримую отдачу. Это можно сравнить с тем, как мячик для пинг-понга слегка сдвигает машину при ударе, и именно это движение и улавливается детектором.
В данном случае в качестве мишени использовались ядра германия, чувствительные к низкоэнергетическим нейтрино, каким и насыщены выбросы атомных реакторов. Детектор CONUS+ был установлен всего в 20 метрах от активной зоны реактора, где поток нейтрино достигает десятков триллионов частиц в секунду на каждый квадратный сантиметр.
После почти четырёх месяцев измерений, завершившихся летом 2024 года, учёные обнаружили статистически значимый избыток сигналов — 395 с погрешностью 106. Этот результат хорошо совпадает с теоретическими расчётами, что подтверждает чувствительность установки и точность измерений.
По словам одного из авторов исследования, доктора Кристиана Бака, теперь становится реальной разработка компактных нейтринных детекторов, способных отслеживать мощность реактора или состав его изотопов в режиме реального времени. Это может открыть новые возможности в сфере контроля за ядерными объектами.
Метод CEvNS даёт редкий доступ к тонким эффектам в рамках Стандартной модели физики частиц и одновременно помогает искать отклонения от неё. В отличие от многих других экспериментов, CONUS+ даёт меньше привязки к сложной ядерной физике и тем самым лучше выявляет возможную новую физику.
Уже осенью 2024 года установка была модернизирована: к ней добавили новые и более чувствительные детекторы. Исследователи рассчитывают, что это даст ещё более точные и интересные данные.
Один из инициаторов проекта, профессор Линднер, уверен, что результаты CONUS+ могут стать точкой отсчёта для совершенно нового направления в нейтринной физике