1.555 NEUTRINO ĐÃ HÍCH NHẸ CẢ MỘT HẠT NHÂN

Đôi khi một hạt neutrino không va vào một hạt bên trong nguyên tử, mà vào toàn bộ hạt nhân cùng một lúc, khiến hạt nhân giật lùi như một khối duy nhất. “Tán xạ đàn hồi kết hợp neutrino–hạt nhân” này đã được tiên đoán từ năm 1974. Vì toàn bộ hạt nhân cùng tham gia, khả năng xảy ra va chạm được tăng cường, nên các máy dò chỉ nặng vài kilôgam cũng có thể nhìn thấy nó.

Nó được phát hiện lần đầu bởi nhóm hợp tác COHERENT, với neutrino từ một nguồn neutron. Các máy dò vật chất tối cỡ lớn cũng đã báo cáo bằng chứng về nó với neutrino từ Mặt Trời. Lò phản ứng hạt nhân là một nguồn khác: chúng tạo ra phản neutrino có năng lượng thấp hơn, lên tới khoảng 10 triệu electronvolt. Lần phát hiện đầu tiên tại một lò phản ứng đến từ chính CONUS+, với độ tin cậy 3,7 σ.

Một tiếng thì thầm năng lượng

Vấn đề là cú hích quá nhỏ. Một phản neutrino từ lò phản ứng khiến một hạt nhân germani giật lùi với nhiều nhất vài nghìn electronvolt. Chỉ 15 đến 20% năng lượng đó chuyển thành tín hiệu điện mà máy dò có thể đọc được. Các sự kiện đều dồn lại ngay trên mức năng lượng thấp nhất mà máy dò có thể ghi nhận — đúng nơi việc hiệu chuẩn khó nhất.

Một máy dò cạnh lõi lò

CONUS+ đặt tại nhà máy điện hạt nhân Leibstadt ở Thụy Sĩ, cách 20,7 mét từ lõi của một lò phản ứng sản sinh 3,6 gigawatt nhiệt. Nó đã hoạt động từ tháng 11 năm 2023. Trong chiến dịch thứ hai, hai tinh thể germani siêu tinh khiết lớn hơn đã được bổ sung cùng một trong các máy dò ban đầu: tổng cộng 5,6 kilôgam khối lượng hoạt động. Một lớp che chắn gọn bằng chì và nhựa pha bo, một máy dò loại bỏ các muon vũ trụ và một luồng không khí không chứa radon thổi liên tục đã giảm phông nền đi khoảng 10.000 lần.

Dữ liệu được thu thập từ tháng 2 năm 2025 đến tháng 7 năm 2026: 1.296 kilôgam-ngày khi lò phản ứng hoạt động và 86 khi lò ngừng.

Đếm mù

Để tránh tự đánh lừa mình, các nhà vật lý giữ kín dữ liệu năng lượng thấp trong khi thiết lập phép phân tích, rồi lần lượt mở dữ liệu của từng máy dò. Kết quả: 1.555 ± 152 sự kiện. Tín hiệu lớn gấp 10,2 lần độ bất định của nó. Mô hình Chuẩn của vật lý hạt dự đoán 1.701 ± 198 — khớp trong phạm vi 0,6 độ lệch chuẩn, với tỷ số đo được trên dự đoán là 0,91 ± 0,14.

Một phép kiểm tra hữu ích: khi lò phản ứng ngừng, phép khớp tìm được 22 ± 29 sự kiện, phù hợp với không. Một tín hiệu không đến từ lò phản ứng sẽ cho khoảng 103.

Ba phổ năng lượng với các phông nền màu xếp chồng và một tín hiệu màu cam ở các mức năng lượng thấp nhất.

Số đếm trong ba máy dò khi lò phản ứng hoạt động: tín hiệu neutrino (màu cam) nằm trên các phông nền, ngay trên ngưỡng. — Hình 1, Nhóm hợp tác CONUS (2026), arXiv:2610.37318.

Mẻ thu lớn nhất từ trước tới nay

Theo các tác giả, đây là mẫu lớn nhất về loại va chạm này từng được phát hiện, và là phép đo chính xác nhất ở năng lượng lò phản ứng, với độ chính xác tương đương kết quả gần đây của COHERENT trên germani. Độ bất định của số đếm hiện là 9,8%, nhỏ hơn gần ba lần so với chiến dịch đầu tiên.

Kết quả này phù hợp với các giới hạn trên do các thí nghiệm germani khác tại lò phản ứng đặt ra. Ngược lại, tín hiệu mà thí nghiệm Dresden-II báo cáo tương ứng với một tốc độ cao hơn rõ rệt so với tốc độ quan sát được ở các thí nghiệm germani khác tại lò phản ứng, bao gồm cả thí nghiệm này.

Đồ thị logarit của tiết diện theo số neutron, với ba đường cong đi lên và các điểm dữ liệu từ nhiều thí nghiệm.

Cường độ của va chạm theo số neutron trong hạt nhân bia: CONUS+ (hình thoi đen, germani) nằm trên đường cong lò phản ứng (màu đỏ). — Hình 3, Nhóm hợp tác CONUS (2026), arXiv:2610.37318.

Cân đo lực yếu

Trong Mô hình Chuẩn, tốc độ va chạm tăng theo bình phương “điện tích yếu” của hạt nhân:

Q_W = N − (1 − 4 sin²θ_W) Z

trong đó N và Z là số neutron và số proton của nó, còn θ_W là góc trộn yếu, một tham số của lực hạt nhân yếu. Từ số đếm, nhóm tìm được sin²θ_W = 0,225 ± 0,022, phù hợp với giá trị kỳ vọng 0,2387. Trong số các phép đo thuộc loại này, nó thăm dò lực ở mức truyền xung lượng thấp nhất.

Vẫn tiếp tục đếm

Phép đo vẫn chủ yếu bị giới hạn bởi số lượng sự kiện. Thêm một năm dữ liệu sẽ đưa độ bất định thống kê xuống khoảng 5%. Việc hiệu chuẩn tốt hơn ở ngưỡng và các phép đo mới về cách germani chuyển đổi năng lượng giật lùi sẽ thu hẹp độ bất định của dự đoán. Các tác giả thấy neutrino từ lò phản ứng đang chuyển từ giai đoạn phát hiện lần đầu sang đo đạc chính xác.