संपूर्ण केंद्रकाला धक्का देणारे 1,555 न्यूट्रिनो

कधी कधी न्यूट्रिनो अणूच्या आतील एखाद्या कणाला नव्हे, तर संपूर्ण केंद्रकाला एकाच वेळी धडकतो, आणि केंद्रक एकसंध गठ्ठ्याप्रमाणे मागे सरकते. या “सुसंगत प्रत्यास्थ न्यूट्रिनो-केंद्रक प्रकीर्णनाचे” (coherent elastic neutrino-nucleus scattering) भाकीत 1974 मध्ये केले गेले. संपूर्ण केंद्रक सहभागी होत असल्याने, टकरीची शक्यता वाढते, त्यामुळे केवळ काही किलोग्रॅम वजनाचे संसूचकही ती पाहू शकतात.

ती प्रथम COHERENT सहयोगाने, न्यूट्रॉन स्रोतातील न्यूट्रिनोंच्या साहाय्याने शोधली. मोठ्या कृष्णद्रव्य-संसूचकांनीही सूर्यातून येणाऱ्या न्यूट्रिनोंसह तिचे पुरावे नोंदवले आहेत. अणुभट्ट्या हा आणखी एक स्रोत आहे: त्या कमी ऊर्जेचे, सुमारे 10 दशलक्ष इलेक्ट्रॉनव्होल्टपर्यंतचे, प्रतिन्यूट्रिनो निर्माण करतात. अणुभट्टीजवळचा पहिला शोध खुद्द CONUS+ नेच, 3.7 σ च्या सार्थकतेसह लावला.

ऊर्जेची एक कुजबुज

अडचण आहे धक्का किती लहान आहे ही. अणुभट्टीतील एक प्रतिन्यूट्रिनो जर्मेनियम केंद्रकाला जास्तीत जास्त काही हजार इलेक्ट्रॉनव्होल्ट ऊर्जेने मागे ढकलतो. त्या ऊर्जेपैकी केवळ 15 ते 20% ऊर्जा संसूचकाला वाचता येईल अशा विद्युत संकेतात रूपांतरित होते. सर्व घटना संसूचक नोंदवू शकणाऱ्या सर्वात कमी ऊर्जेच्या अगदी वर गोळा होतात — नेमके तिथे, जिथे अंशांकन सर्वात कठीण असते.

गाभ्याशेजारी एक संसूचक

CONUS+ स्वित्झर्लंडमधील लाइबश्टाट अणुऊर्जा प्रकल्पात, 3.6 गिगावॉट उष्णता निर्माण करणाऱ्या अणुभट्टीच्या गाभ्यापासून 20.7 मीटरवर आहे. तो नोव्हेंबर 2023 पासून कार्यरत आहे. त्याच्या दुसऱ्या मोहिमेसाठी, अतिशुद्ध जर्मेनियमचे दोन मोठे स्फटिक मूळ संसूचकांपैकी एकाला जोडले गेले: एकूण 5.6 किलोग्रॅम सक्रिय वस्तुमान. शिसे आणि बोरॉनयुक्त प्लास्टिकचे एक संक्षिप्त कवच, वैश्विक म्युऑन नाकारणारा एक संसूचक आणि रेडॉनमुक्त हवेचा सततचा प्रवाह यांनी पार्श्वभूमी सुमारे 10,000 पटीने कमी केली.

फेब्रुवारी 2025 ते जुलै 2026 या काळात माहिती घेतली गेली: अणुभट्टी चालू असताना 1,296 किलोग्रॅम-दिवस आणि ती बंद असताना 86.

डोळे बांधून मोजणी

स्वतःची फसगत होऊ नये म्हणून, भौतिकशास्त्रज्ञांनी विश्लेषणाची मांडणी करत असताना कमी-ऊर्जेची माहिती लपवून ठेवली, आणि मग संसूचक एकेक करून उघड केले. निकाल: 1,555 ± 152 घटना. संकेत त्याच्या अनिश्चिततेपेक्षा 10.2 पट मोठा आहे. कण भौतिकशास्त्राच्या मानक प्रतिमानाने 1,701 ± 198 चे भाकीत केले होते — 0.6 मानक विचलनांच्या आत सहमती, आणि मोजलेले-ते-भाकीत गुणोत्तर 0.91 ± 0.14.

एक उपयुक्त तपासणी: अणुभट्टी बंद असताना, जुळवणीतून 22 ± 29 घटना मिळतात, शून्याशी सुसंगत. अणुभट्टीतून न आलेल्या संकेताने सुमारे 103 घटना दिल्या असत्या.

अणुभट्टी चालू असताना तीन संसूचकांमधील गणना: न्यूट्रिनो संकेत (नारिंगी) पार्श्वभूमींच्या वर, उंबरठ्याच्या अगदी वर बसतो. — Figure 1, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.

आतापर्यंतचा सर्वात मोठा साठा

लेखकांच्या मते, अशा टकरींचा आतापर्यंत शोधलेला हा सर्वात मोठा नमुना आहे, आणि अणुभट्टी-ऊर्जांवरचे सर्वात अचूक मापन, ज्याची अचूकता जर्मेनियमवरील COHERENT च्या अलीकडील निकालाशी तुलनीय आहे. गणनेवरील अनिश्चितता आता 9.8% आहे, पहिल्या मोहिमेपेक्षा जवळजवळ तीन पटीने लहान.

हे मापन अणुभट्ट्यांजवळील इतर जर्मेनियम प्रयोगांनी ठरवलेल्या वरच्या मर्यादांशी सहमत आहे. याउलट, Dresden-II प्रयोगाने नोंदवलेला संकेत, अणुभट्ट्यांजवळील इतर जर्मेनियम प्रयोगांनी, या प्रयोगासह, पाहिलेल्या दरांपेक्षा स्पष्टपणे जास्त दर दर्शवतो.

लक्ष्य केंद्रकातील न्यूट्रॉनच्या संख्येच्या तुलनेत टकरीची तीव्रता: CONUS+ (काळा हिरा, जर्मेनियम) अणुभट्टीच्या वक्रावर (लाल) बसतो. — Figure 3, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.

दुर्बल बलाचे वजन

मानक प्रतिमानात, टकरीचा दर केंद्रकाच्या “दुर्बल प्रभारा”च्या वर्गानुसार वाढतो:

Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z

जिथे N आणि Z म्हणजे त्याच्यातील न्यूट्रॉन आणि प्रोटॉनची संख्या, आणि θ_W म्हणजे दुर्बल मिश्रण कोन, दुर्बल अणुकेंद्रकीय बलाचा एक मापदंड. गणनेतून, गटाला sin²θ_W = 0.225 ± 0.022 मिळते, अपेक्षित 0.2387 शी सुसंगत. या प्रकारच्या मापनांमध्ये, हे मापन सर्वात कमी संवेग-हस्तांतरणावर बलाचा वेध घेते.

मोजणी सुरूच

हे मापन अजूनही मुख्यतः घटनांच्या संख्येने मर्यादित आहे. आणखी एका वर्षाची माहिती सांख्यिकीय अनिश्चितता सुमारे 5% पर्यंत खाली आणेल. उंबरठ्यावरील अधिक चांगले अंशांकन आणि जर्मेनियम मागे सरकण्याच्या ऊर्जेचे रूपांतर कसे करतो याची नवी मापने भाकिताभोवतीची अनिश्चितता कमी करतील. लेखकांच्या मते अणुभट्टी-न्यूट्रिनो पहिल्या शोधाकडून अचूक मापनाकडे वाटचाल करत आहेत.