2025年12月
国内外地下实验室动态
01｜国际动态
LUX-ZEPLIN(LZ)实验于2025年12月8日在Arxiv平台提交文章,题为《LUX-ZEPLIN实验对轻暗物质的探测以及太阳中微子相干弹性中微子-原子核散射的证据研究》。文章基于5.7吨年数据给出新的排除限。LZ实验在桑福德地下研究设施(SURF,美国南达科他州)开展，由劳伦斯伯克利国家实验室LBNL牵头，与SLAC、FNAL等20余家国家实验室与高校合作。该实验在存在⁸B太阳中微子相干弹性中微子-核散射(CEνNS)的条件下，开展了对质量为3–9GeV/c²的轻暗物质（DM）的搜寻工作。分析采用了2023年3月至2025年4月期间采集的、曝光量达5.7吨・年的数据。在1–6keV的能量区间内，未观测到可归因于暗物质核反冲事件，但观测到了与预期一致的、源于⁸B相干弹性中微子-核散射的显著信号。针对质量低至5GeV/c²的暗物质，达到了自旋无关和自旋相关-中子的暗物质-核子相互作用的世界领先限制。在无暗物质的假设情景下，观测到了与⁸B相干弹性中微子-核散射事件相符的信号，其统计显著性达4.5σ。这是⁸B相干弹性中微子-核散射相互作用的最强证据，该成果依托稳健的本底建模与本底抑制技术实现，同时也验证了LZ实验在探测千电子伏特（keV）量级能量下稀有信号的能力。
(https://lz.lbl.gov/)
2 SNO+实验首次观测到中微子与碳原子作用产生氮原子的过程位于加拿大萨德伯里矿井地下2公里的SNOLAB实验室中的SNO+探测器首次观测到太阳中微子在探测器内将碳原子转化为氮原子的过程：团队聚焦碳-13核被高能中微子撞击、转化为放射性氮-13的事件，采用“延迟符合”法--捕捉中微子撞击碳-13产生的初始闪光，及数分钟后氮-13衰变释放的二次闪光，以此区分真实中微子相互作用与本底噪声。该发现为理解恒星过程、核聚变及宇宙演化奠定基础，助力后续低能中微子相互作用研究。
(https://www.snolab.ca/news/new-breakthrough-in-detecting-ghost-particles-from-the-sun/)
3 KATRIN实验双线突破：刷新中微子质量上限并排除轻惰性中微子关键参数空间
KATRIN实验核心目标是精确测量中微子质量上限与搜索理论预言的“惰性中微子”，为粒子物理与宇宙学研究提供关键约束。中微子作为宇宙中丰度最高的基本粒子之一，以电子中微子、μ子中微子、τ子中微子三种“味”存在，其“振荡”现象证实其具有质量，但精确质量值长期成谜；而惰性中微子是理论预言的第四种中微子，不参与弱相互作用、仅可能通过引力作用，曾被视为暗物质候选者，此前“镓异常”、“反应堆反中微子异常”及Neutrino-4实验均暗示其存在，却缺乏共识。KATRIN实验依托70米长的精密装置，通过分析氚的β衰变探测中微子：氚分子衰变时释放电子与电子反中微子，若存在惰性中微子，电子能谱会出现特征“拐点”与畸变。实验核心包含三大模块——无窗气态氚源、磁绝热准直静电高通滤波器、148像素硅探测器，并通过极低温与差分抽运技术将背景噪声降至0.12-0.29计数/秒。2019年4月至2021年6月，实验开展5次测量，累计运行259天，记录3600万个电子的能量数据。核心结果显示：其一，在90%置信度下，将有效电子中微子质量上限设定为0.45eV，为当前在实验室中取得的最严格限制；其二，通过50×50的对数网格搜索，不仅排除“镓异常”大部分参数空间，更以99.99%的置信度排除了Neutrino-4实验主张的惰性中微子参数空间。该成果既深化了对中微子质量尺度的认知，也缩小了暗物质候选者范围；实验开发的“移位分析平面”背景抑制技术、神经网络能谱模型，还为稀有粒子探测提供新范式。团队计划2025年完成1000天数据采集，将中微子质量灵敏度提升至0.3eV；2026年升级“TRISTAN探测器”，实现氚β衰变全谱微分测量，进一步搜索keV级惰性中微子,混合角灵敏度可达百万分之一量级。
(https://www.infn.it/katrin-stringe-il-cerchio-attono-allipotetico-neutrino-sterile/)
2025年12月19日，通用反粒子谱仪（GAPS）从南极NASA麦克默多基地发射，借助平流层气球升至37公里高空，目前该设备已完成首次飞行任务。此次发射依托NASA的长时气球项目,南极的大气条件可支持气球环南极飞行数周，为宇宙射线观测提供理想环境。该实验由美、日、意机构合作推进，核心目标是探测宇宙射线中的低能反物质，这类观测或为破解暗物质本质这一现代物理难题提供关键线索。GAPS采用“奇异原子”技术捕捉反物质信号，意大利团队负责研发的径迹探测器，可精准测量宇宙射线的到达方向。此次发射是2024年因恶劣风况推迟后的成功尝试,项目负责人表示，这是多国科研人员协作的成果，将助力人类进一步解开宇宙构成的奥秘。
(https://www.infn.it/antartide-gaps-vola-alla-ricerca-dellantimateria/)
该成果由意大利国家核物理研究所（INFN）卡利亚里、罗马第二大学、都灵分部，格兰萨索国家实验室及格兰萨索科学研究所（GSSI）的研究者共同完成，2025年12月27日发表于《物理评论快报》。研究核心目标为通过整合低能中微子散射数据进行统一全局拟合，高精度测试粒子物理标准模型；同时探索中微子电荷半径、中微子-电子耦合等关键参数，为新物理现象寻找线索。本研究首次将数十年间不同实验（包括中微子-电子弹性散射、相干中微子-核散射、太阳中微子探测等）的分散数据纳入统一框架，整合了TEXONO、CHARM-II、LSND等多个实验的中微子散射数据，涵盖反应堆中微子、太阳中微子等多种来源，构建了包含辐射修正、动量依赖效应及味依赖效应的全局拟合模型。研究结果表明：其一，中微子电荷半径测量值与标准模型预测高度一致，未发现显著的超出标准模型的味依赖效应；同时结合暗物质直接探测实验的太阳中微子数据，对τ子中微子电荷半径给出了散射实验中最严格的约束。其二，全局分析揭示了弱相互作用的两个允许解：一个接近标准模型预测，另一个简并解在统计上更受青睐，标准模型预测略超出1σ置信区间，暗示可能存在未被发现的物理效应，但需进一步验证。其三，明确了辐射修正和动量依赖效应在精密测量中的关键作用，为低能中微子探测器作为标准模型测试工具奠定了理论基础。该成果既巩固了标准模型在中微子领域的有效性，又为新物理探索指明了方向，缩小了潜在新相互作用的参数空间；研究建立的全局拟合框架和精密分析方法，为未来低能中微子与暗物质探测实验提供了重要参考。团队指出,下一代暗物质直接探测实验、DUNE实验及LHC前向物理设施等，将有望解决简并解的不确定性，进一步提升测量精度，为新物理的发现提供关键证据。
(https://www.infn.it/neutrini-un-nuovo-studio-tutto-italiano-mette-alla-prova-il-modello-standard-con-conferme-e-sorprese/)
2025年12月31日，CDEX在国际物理学期刊《物理评论D》（Physical Review D）上在线发表题为《基于CDEX-1B实验的非弹性暗物质限制》(Constraints on inelastic dark matter from the CDEX-1B experiment, Phys. Rev. D 112, 112025, 2025)的研究论文。该研究基于CDEX-1B高纯锗探测器总曝光量为737.1 kg·day的实验数据，系统开展了非弹性WIMP（弱作用大质量粒子）暗物质与核子散射的直接探测研究，在标准暗物质晕模型下，计算了不同WIMP质量和劈裂能条件下的WIMP核反冲能谱，并结合最大似然法和马尔科夫链蒙特卡罗算法，建立了精确的CDEX-1B实验本底模型，给出了非弹性WIMP–核子自旋无关散射截面的90%置信度上限。研究结果表明，CDEX-1B实验在WIMP质量为250 GeV且劈裂能小于30keV，以及WIMP质量为500GeV且劈裂能小于50keV的参数空间上，在90%置信度水平下完全排除了DAMA/LIBRA实验给出的允许区域。该研究建立的分析方法可推广应用于其他非弹性暗物质模型。CDEX目前正在建设CDEX-50高纯锗阵列实验，有望在当前基础上将探测灵敏度再提升约四个数量级。
(https://cdex.ep.tsinghua.edu.cn/column/ARTICLES)
