原子核まるごとを小突いた1,555個のニュートリノ
ニュートリノは、原子の中の粒子1つにぶつかるのではなく、原子核全体に一度にぶつかることがある。このとき原子核は1つのかたまりとしてはね返る。この「コヒーレント弾性ニュートリノ原子核散乱」は、1974年に予言された。原子核全体が関わるので衝突の確率が高まり、重さが数キログラムしかない検出器でもとらえることができる。
最初に検出したのはCOHERENTコラボレーションで、中性子源から出るニュートリノを使った。大型の暗黒物質検出器も、太陽からのニュートリノでその証拠を報告している。原子炉もまた別の発生源だ。原子炉は、最大で約1000万電子ボルトの、より低いエネルギーの反ニュートリノを生み出す。原子炉での最初の検出は、ほかならぬCONUS+によるもので、その有意度は3.7 σだった。
ささやくようなエネルギー
難しいのは、その衝撃がとても小さいことだ。原子炉からの反ニュートリノがゲルマニウムの原子核に与える反跳エネルギーは、せいぜい数千電子ボルトにすぎない。そのエネルギーのうち、検出器が読み取れる電気信号に変わるのは**15〜20%**だけである。事象はすべて、検出器が記録できる最低のエネルギーのすぐ上に積み重なる。まさに較正がいちばん難しいところだ。
炉心のすぐそばの検出器
CONUS+は、スイスのライプシュタット原子力発電所にあり、3.6ギガワットの熱を生み出す原子炉の炉心から20.7メートルの位置に置かれている。2023年11月から稼働している。2回目の観測キャンペーンでは、超高純度ゲルマニウムの大きめの結晶2つが、もとの検出器の1つに加わった。有効質量は合計で5.6キログラムである。鉛とホウ素入りプラスチックでできたコンパクトな遮蔽体、宇宙線ミューオンを除外する検出器、そしてラドンを含まない空気を絶えず流し込むことで、バックグラウンドは約1万分の1に減った。
データは2025年2月から2026年7月まで取得された。原子炉の運転中が1,296キログラム・日、停止中が86キログラム・日である。
見ずに数える
自分たちをだますことのないよう、物理学者たちは解析の準備をするあいだ低エネルギーのデータを隠しておき、その後、検出器を1台ずつ開示していった。結果は1,555 ± 152事象だった。信号は、その不確かさの10.2倍の大きさがある。素粒子物理学の標準模型の予測は1,701 ± 198だった。0.6標準偏差以内で一致しており、測定値と予測値の比は0.91 ± 0.14である。
有用な確認もある。原子炉が停止しているときには、当てはめで得られる事象数は22 ± 29で、ゼロと矛盾しない。原子炉から来たのではない信号なら、約103になっていたはずだ。
原子炉の運転中に3台の検出器で数えた事象数。ニュートリノの信号（オレンジ色）が、しきい値のすぐ上で、バックグラウンドの上に乗っている。— Figure 1, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.
これまでで最大の収穫
著者たちによれば、これはこれまでに検出されたこの種の衝突の中で最大のサンプルであり、原子炉のエネルギーでの最も精密な測定である。その精度は、ゲルマニウムを使ったCOHERENTの最近の結果に匹敵する。事象数の不確かさは現在9.8%で、1回目のキャンペーンのほぼ3分の1になった。
この結果は、原子炉でのほかのゲルマニウム実験が設定した上限と一致している。一方、Dresden-II実験が報告した信号は、今回の実験を含め、原子炉でのほかのゲルマニウム実験で見られたものより明らかに高い頻度に相当する。
標的の原子核に含まれる中性子の数に対する、衝突の強さ。CONUS+（黒いひし形、ゲルマニウム）は原子炉の曲線（赤）の上にある。— Figure 3, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.
弱い力を量る
標準模型では、衝突の頻度は、原子核の「弱電荷」の2乗に比例して大きくなる。
Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z
ここでNとZは原子核の中性子と陽子の数、θ_Wは弱い核力のパラメータである弱混合角だ。チームは事象数からsin²θ_W = 0.225 ± 0.022を得た。これは期待される0.2387と一致している。この種の測定の中で、最も低い運動量移行で力を調べたものである。
まだ数え続ける
この測定は、いまも主に事象の数によって制限されている。もう1年分のデータがあれば、統計的な不確かさは約5%まで下がるだろう。しきい値での較正の改善や、ゲルマニウムが反跳エネルギーをどう変換するかについての新しい測定によって、予測の不確かさも小さくなるはずだ。著者たちは、原子炉ニュートリノの研究が、最初の検出から精密測定へと移りつつあるとみている。