XENONnT首次观测低能太阳中微子与电子散射信号

XENON合作项目科学家近日宣布，首次在XENONnT粒子探测器中观测到低能太阳中微子与电子的散射现象。相关成果于2026年8月31日在意大利国家核物理研究所格兰萨索实验室举行的研讨会上发布。马克斯·普朗克核物理研究所Teresa Marrodán Undagoitia教授和Hardy Simgen博士团队在实验中发挥了关键作用。

太阳内部核聚变持续产生大量中微子，每秒有数百亿个中微子穿过地球每平方厘米面积。由于中微子与物质相互作用极其微弱，探测这类粒子一直是粒子物理实验中的高难度课题。此次XENONnT实现的测量，将直接观测中微子的能量极限扩展至约17千电子伏特(keV)，这是迄今达到的最低中微子能量阈值。当前测得的信号主要来自“pp中微子”，即太阳质子—质子聚变反应产生的中微子，这类中微子占太阳中微子辐射的主要部分。

XENONnT探测器位于意大利格兰萨索山脉地下约1400米处，由约30家国际研究机构参与建设和运行。其核心装置是一座双相氙时间投影室，内部装有5.9吨高纯度液氙，用于记录粒子相互作用产生的微弱闪光和电离信号。中央探测器外部还布置了两个水切伦科夫探测器，用于识别来自宇宙射线的中子和μ子背景信号。

XENONnT最初主要用于寻找银河系中假想的暗物质粒子。此前，该装置已观测到由高能太阳中微子引起的相干弹性中微子—原子核散射。此次低能太阳中微子与电子散射信号的获得表明，同一探测器在继续开展暗物质搜寻的同时，也可用于研究中微子物理相关问题。

为捕捉极其微弱的低能中微子信号，实验需要尽可能降低并精确量化探测器背景。XENON合作组长期开展材料筛选，并利用专用低温蒸馏系统持续去除氙中的氡，同时识别和量化铅、氪同位素β衰变、探测器材料微量γ射线等低放射性背景来源。

该合作组表示，为XENONnT及其前身XENON1T开发的低本底技术，将为下一代液氙探测装置奠定基础。计划中的XLZD实验氙质量约为XENONnT的十倍，预期将进一步提升暗物质探测灵敏度，并更高精度测量低能太阳中微子，为中微子物理及其他稀有过程研究提供新的实验条件。