Первоначально эксперимент CONUS проводился на Брокдорфской атомной электростанции, но летом 2023 года был перенесен на атомную электростанцию Лейбштадт (KKL) в Швейцарии. Усовершенствования германиевых полупроводниковых детекторов весом 1 кг, а также отличные условия измерений в KKL впервые позволили измерить так называемое когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах (CEvNS). В этом процессе нейтрино рассеиваются не от отдельных компонентов атомных ядер в детекторе, а скорее когерентно со всем ядром. Это значительно увеличивает вероятность очень небольшой, но заметной ядерной отдачи. Эта отдача, вызванная рассеянием нейтрино, сравнима с мячиком для пинг-понга, отскакивающим от автомобиля, причем обнаруживается изменение движения автомобиля. В случае CONUS+ партнерами по рассеянию являются атомные ядра германия. Для наблюдения этого эффекта требуются нейтрино низкой энергии, такие как те, которые в больших количествах образуются в ядерных реакторах.

Эффект был предсказан еще в 1974 году, но впервые был подтвержден в 2017 году КОГЕРЕНТНЫМ экспериментом на ускорителе частиц. В эксперименте CONUS+ впервые успешно наблюдался эффект при полной когерентности и более низких энергиях в реакторе, как описано в недавней статье Nature research. Компактная установка CONUS+ расположена в 20,7 м от активной зоны реактора (см. изображение выше). В этом положении более 10 триллионов нейтрино проходят через каждый квадратный сантиметр поверхности каждую секунду. Примерно после 119 дней измерений в период с осени 2023 по лето 2024 года исследователи смогли извлечь избыток в 395±106 нейтринных сигналов из данных CONUS+, после вычитания всех фоновых и мешающих сигналов. Это значение очень хорошо согласуется с теоретическими расчетами в пределах погрешности измерений. "Таким образом, мы успешно подтвердили чувствительность эксперимента CONUS+ и его способность обнаруживать рассеяние антинейтрино на атомных ядрах", - объясняет доктор Кристиан Бак, один из авторов исследования. Он также подчеркивает потенциальную разработку небольших мобильных детекторов нейтрино для мониторинга тепловой мощности реактора или концентрации изотопов в качестве возможных будущих применений представленного здесь метода CEvNS.

Измерение CEvNS позволяет получить уникальное представление о фундаментальных физических процессах в рамках стандартной модели физики элементарных частиц, современной теории, описывающей структуру нашей Вселенной. По сравнению с другими экспериментами измерения с помощью CONUS+ позволяют снизить зависимость от аспектов ядерной физики, тем самым повышая чувствительность к новым физическим явлениям, выходящим за рамки стандартной модели. По этой причине осенью 2024 года CONUS+ уже был оснащен улучшенными и более крупными детекторами. При достигнутой точности измерений ожидаются еще более высокие результаты. "Техники и методологии, используемые в CONUS+, обладают отличным потенциалом для новых фундаментальных открытий", - подчеркивает профессор. Линднер, инициатор проекта, а также автор исследования. "Таким образом, новаторские результаты CONUS+ могут стать отправной точкой для новой области исследований нейтрино".