1.555 NEUTRINOS, DIE EINEN GANZEN ATOMKERN ANSTIESSEN

Manchmal trifft ein Neutrino nicht ein einzelnes Teilchen in einem Atom, sondern den ganzen Kern auf einmal, der als ein einziger Block zurückgestoßen wird. Diese „kohärente elastische Neutrino-Kern-Streuung“ wurde 1974 vorhergesagt. Weil der gesamte Kern beteiligt ist, steigt die Wahrscheinlichkeit einer Kollision, sodass schon Detektoren, die nur wenige Kilogramm wiegen, sie sehen können.

Erstmals nachgewiesen wurde sie von der COHERENT-Kollaboration, mit Neutrinos aus einer Neutronenquelle. Große Detektoren für Dunkle Materie haben ebenfalls Hinweise darauf gemeldet, mit Neutrinos von der Sonne. Kernreaktoren sind eine weitere Quelle: Sie erzeugen Antineutrinos geringerer Energie, bis zu etwa 10 Millionen Elektronenvolt. Der erste Nachweis an einem Reaktor gelang CONUS+ selbst, mit einer Signifikanz von 3,7 σ.

Ein Flüstern von Energie

Der Haken ist, wie klein der Stoß ist. Ein Antineutrino aus einem Reaktor versetzt einem Germaniumkern einen Rückstoß von höchstens einigen tausend Elektronenvolt. Nur 15 bis 20 % dieser Energie werden in ein elektrisches Signal umgewandelt, das der Detektor lesen kann. Die Ereignisse häufen sich alle knapp oberhalb der niedrigsten Energie, die der Detektor registrieren kann – genau dort, wo die Kalibrierung am schwierigsten ist.

Ein Detektor neben dem Kern

CONUS+ steht im Kernkraftwerk Leibstadt in der Schweiz, 20,7 Meter vom Kern eines Reaktors entfernt, der 3,6 Gigawatt Wärme erzeugt. Er läuft seit November 2023. Für seine zweite Messkampagne kamen zu einem der ursprünglichen Detektoren zwei größere Kristalle aus ultrareinem Germanium hinzu: insgesamt 5,6 Kilogramm aktive Masse. Eine kompakte Abschirmung aus Blei und borhaltigem Kunststoff, ein Vetodetektor für kosmische Myonen und eine ständige Spülung mit radonfreier Luft senken den Untergrund um einen Faktor von etwa 10.000.

Die Daten wurden von Februar 2025 bis Juli 2026 aufgenommen: 1.296 Kilogramm-Tage bei laufendem Reaktor und 86 bei abgeschaltetem.

Blind zählen

Um sich nicht selbst zu täuschen, hielten die Physiker die Niederenergiedaten verborgen, während sie ihre Analyse aufsetzten, und deckten die Detektoren dann einen nach dem anderen auf. Das Ergebnis: 1.555 ± 152 Ereignisse. Das Signal ist 10,2-mal größer als seine Unsicherheit. Das Standardmodell der Teilchenphysik sagte 1.701 ± 198 voraus – Übereinstimmung innerhalb von 0,6 Standardabweichungen, ein Verhältnis von Messung zu Vorhersage von 0,91 ± 0,14.

Eine nützliche Kontrolle: Bei abgeschaltetem Reaktor findet die Anpassung 22 ± 29 Ereignisse, verträglich mit null. Ein Signal, das nicht vom Reaktor stammte, hätte etwa 103 ergeben.

Ereigniszahlen in den drei Detektoren bei laufendem Reaktor: Das Neutrinosignal (orange) liegt auf den Untergründen, knapp über der Schwelle. — Abbildung 1, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.

Die bisher größte Ausbeute

Den Autoren zufolge ist dies die größte Stichprobe solcher Kollisionen, die je nachgewiesen wurde, und die genaueste Messung bei Reaktorenergien, mit einer Präzision, die mit dem jüngsten Ergebnis von COHERENT an Germanium vergleichbar ist. Die Unsicherheit der Zählung liegt nun bei 9,8 %, fast dreimal kleiner als in der ersten Kampagne.

Das Ergebnis stimmt mit den Obergrenzen überein, die andere Germaniumexperimente an Reaktoren gesetzt haben. Dagegen entspricht das vom Experiment Dresden-II gemeldete Signal einer deutlich höheren Rate als jene, die die anderen Germaniumexperimente an Reaktoren beobachtet haben, dieses eingeschlossen.

Stärke der Kollision in Abhängigkeit von der Zahl der Neutronen im Zielkern: CONUS+ (schwarze Raute, Germanium) liegt auf der Reaktorkurve (rot). — Abbildung 3, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.

Die schwache Kraft wiegen

Im Standardmodell wächst die Kollisionsrate mit dem Quadrat der „schwachen Ladung“ des Kerns:

Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z

wobei N und Z seine Neutronen- und Protonenzahl sind und θ_W der schwache Mischungswinkel ist, ein Parameter der schwachen Kernkraft. Aus der Zählung bestimmt das Team sin²θ_W = 0,225 ± 0,022, im Einklang mit dem erwarteten Wert von 0,2387. Unter den Messungen dieser Art prüft sie die Kraft beim niedrigsten Impulsübertrag.

Es wird weitergezählt

Die Messung ist noch immer vor allem durch die Zahl der Ereignisse begrenzt. Ein weiteres Jahr an Daten würde die statistische Unsicherheit auf etwa 5 % senken. Eine bessere Kalibrierung an der Schwelle und neue Messungen dazu, wie Germanium Rückstoßenergie umwandelt, sollten die Unsicherheit der Vorhersage verringern. Die Autoren sehen Reaktorneutrinos auf dem Weg vom ersten Nachweis zur Präzisionsmessung.