/ via Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg /
Nach dem ersten Nachweis kohärenter elastischer Neutrino-Kern-Streuung (CEvNS) am Kernreaktor in Leibstadt (Schweiz) mit dem CONUS+-Experiment im letzten Jahr wurde der Detektor weiter verbessert. Das Experiment beobachtet CEvNS nun mit einer sehr hohen Signifikanz von etwa 10 Sigma. Die erreichte Empfindlichkeit auf das extrem schwache Signal ermöglicht interessante Tests des Standardmodells und eröffnet spannende Perspektiven für neue Entdeckungen.
Neutrinos können eine Bleischicht von etwa einem Lichtjahr Dicke durchqueren, bevor sie mit einzelnen Protonen oder Neutronen in einem Atomkern reagieren. CEvNS – die kohärente elastische Neutrino-Kern-Streuung – ist eine extrem seltene Wechselwirkung, bei der ein Neutrino einen Atomkern als Ganzes anstößt. Diese seit den 1970er-Jahren vorhergesagte Reaktion wurde vor wenigen Jahren erstmals nachgewiesen und eröffnet eine neue Art Neutrinos mit kompakten Detektoren zu messen. CEvNS ermöglicht präzise Tests des Standardmodells der Teilchenphysik, liefert Hinweise auf mögliche neue Physik und bietet praktische Anwendungen und Perspektiven – von der Überwachung von Kernreaktoren bis zur Detektion von Supernovae.
CONUS+ ist ein Experiment des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) am Kernreaktor in Leibstadt in der Schweiz, mit dem es 2025 erstmals gelang, CEvNS mit Reaktorneutrinos nachzuweisen. Die im Vergleich zu anderen Experimenten niedrigere Energie der Neutrinos aus Kernreaktoren macht den Nachweis zwar deutlich schwieriger, die so erreichten Messergebnisse werden aber weniger durch andere Effekte verfälscht und sind damit wesentlich sensitiver auf potentielle neue Physik. CONUS+ verwendete für den Erstnachweis [1] wenige Kilogramm schwere, hochreine Germaniumdetektoren mit einer extrem niedrigen Energieschwelle, kombiniert mit umfangreicher Abschirmung an einem Standort nur ca. 20 Meter vom Reaktorkern entfernt.
In einer Analyse der neu gewonnenen Daten konnte das CONUS+ – Experiment CEvNS nun mit sehr hoher Genauigkeit (10 Sigma) messen. Das erheblich genauere Ergebnis basiert auf neuen Detektoren mit größerer Masse und einer weiteren Detektor-Optimierung inklusive einer neuen speziellen Elektronik und verbesserten Analyse-Methoden. Diese bislang unerreichte Empfindlichkeit für dieses extrem schwache Signal der Streuung von Reaktor-Neutrinos erlaubt so präzise Tests des Standardmodells der Teilchenphysik und die Suche nach neuen physikalischen Phänomenen wie zum Beispiel bisher unbekannte Neutrinowechselwirkungen, bisher unbekannte leichte Teilchen oder elektromagnetische Eigenschaften der Neutrinos.
CONUS+ ist ein vergleichsweise kleines Experiment und daher mit deutlich geringerem Aufwand zu realisieren als andere Neutrinoexperimente. Die etablierte Technologie legt Nachfolgeprojekte basierend auf größerer Detektormasse und weiter verbesserter Energieschwelle in Kombination mit anderen Nachweismethoden nahe, und bietet so ein hohes Potential für weitere Erkenntnisse zu einigen der grundlegenden Fragen der Teilchenphysik.
CONUS+ baut auf den Erfahrungen der ersten CONUS-Phase am Kernreaktor Brokdorf auf. Dort wurden essentielle Erfahrungen gesammelt, die für den Erfolg von CONUS+ von zentraler Bedeutung waren. Daneben führten die Entwicklungen zu Patenten, wie beispielsweise die Überwachung der thermischen Reaktorleistung in Echtzeit.
[1] Nature 643 1229–1233 (2025) DOI: 10.1038/s41586-025-09322-2
Originalpublikationen:
High significance measurement of reactor coherent elastic neutrino-nucleus scattering on germanium by CONUS+, CONUS collaboration, arXiv:2610.37318
Analysis of CONUS+ run 2: Detector performance, background model and CEνNS measurement, CONUS collaboration, arXiv:2610.37345
