1555 НЕЙТРИНО, ПОДТОЛКНУВШИХ ЦЕЛОЕ ЯДРО
Иногда нейтрино попадает не в одну частицу внутри атома, а сразу в целое ядро, которое отскакивает как единый блок. Это «когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах» было предсказано в 1974 году. Поскольку участвует всё ядро, вероятность столкновения возрастает, так что его могут зарегистрировать детекторы массой всего в несколько килограммов.
Впервые его обнаружила коллаборация COHERENT с нейтрино от источника нейтронов. Крупные детекторы тёмной материи также сообщили о его признаках с нейтрино от Солнца. Ядерные реакторы — ещё один источник: они производят антинейтрино меньшей энергии, примерно до 10 миллионов электронвольт. Первое обнаружение у реактора принадлежит самому CONUS+, со значимостью 3,7 σ.
Шёпот энергии
Подвох в том, насколько мал толчок. Антинейтрино от реактора заставляет ядро германия отскочить с энергией не более нескольких тысяч электронвольт. Лишь 15–20% этой энергии превращается в электрический сигнал, который может прочитать детектор. Все события скапливаются чуть выше наименьшей энергии, которую способен зарегистрировать детектор, — именно там, где калибровка труднее всего.
Детектор рядом с активной зоной
CONUS+ находится на атомной электростанции Лайбштадт в Швейцарии, в 20,7 метра от активной зоны реактора тепловой мощностью 3,6 гигаватта. Он работает с ноября 2023 года. Для второй кампании к одному из исходных детекторов добавились два более крупных кристалла сверхчистого германия: всего 5,6 килограмма активной массы. Компактная защита из свинца и пластика с добавкой бора, вето-детектор космических мюонов и постоянная продувка воздухом без радона снижают фон примерно в 10 000 раз.
Данные набирались с февраля 2025 по июль 2026 года: 1296 килограмм-суток при работающем реакторе и 86 — при остановленном.
Подсчёт вслепую
Чтобы не обмануть самих себя, физики держали низкоэнергетические данные скрытыми, пока настраивали анализ, а затем раскрывали детекторы один за другим. Результат: 1555 ± 152 события. Сигнал в 10,2 раза больше своей неопределённости. Стандартная модель физики элементарных частиц предсказывала 1701 ± 198 — согласие в пределах 0,6 стандартного отклонения, отношение измеренного к предсказанному 0,91 ± 0,14.
Полезная проверка: при остановленном реакторе подгонка даёт 22 ± 29 событий, что согласуется с нулём. Сигнал не реакторного происхождения дал бы около 103.
Отсчёты в трёх детекторах при работающем реакторе: нейтринный сигнал (оранжевый) лежит поверх фонов, чуть выше порога. — Рисунок 1, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.
Самый большой улов
По словам авторов, это крупнейшая выборка таких столкновений, когда-либо зарегистрированная, и самое точное измерение при реакторных энергиях, с точностью, сравнимой с недавним результатом COHERENT на германии. Неопределённость подсчёта теперь составляет 9,8% — почти в три раза меньше, чем в первой кампании.
Результат согласуется с верхними пределами, установленными другими германиевыми экспериментами на реакторах. Напротив, сигнал, о котором сообщил эксперимент Dresden-II, соответствует заметно более высокой частоте событий, чем наблюдали другие германиевые эксперименты на реакторах, включая этот.
Сила столкновения в зависимости от числа нейтронов в ядре мишени: CONUS+ (чёрный ромб, германий) лежит на реакторной кривой (красная). — Рисунок 3, CONUS Collaboration (2026), arXiv:2610.37318.
Взвешивая слабое взаимодействие
В Стандартной модели частота столкновений растёт как квадрат «слабого заряда» ядра:
Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z
где N и Z — числа нейтронов и протонов в ядре, а θ_W — угол слабого смешивания, параметр слабого ядерного взаимодействия. По результатам подсчёта команда получает sin²θ_W = 0,225 ± 0,022, что согласуется с ожидаемым значением 0,2387. Среди измерений такого рода это зондирует взаимодействие при наименьшей передаче импульса.
Подсчёт продолжается
Измерение по-прежнему ограничено в основном числом событий. Ещё один год данных снизил бы статистическую неопределённость примерно до 5%. Более точная калибровка у порога и новые измерения того, как германий преобразует энергию отдачи, должны уменьшить неопределённость предсказания. Авторы видят, как реакторные нейтрино переходят от первого обнаружения к прецизионным измерениям.