超微型中微子和暗物质探测器的研发、现状和前景
孔令全
由中国科学院大学物理科学学院主办，中国核学会核电子学与核探测技术分会参与承办的“物理学科学前沿系列讲座”于2024年12月18日下午13：30在雁栖湖校区教一楼115教室开讲。美国南达科他大学物理系刘晶副教授应邀为同学们带来了《超微型中微子和暗物质探测器的研发、现状和前景》专题讲座，由中国科学院大学物理科学学院博士生导师刘倩主持。
刘倩主持《超微型中微子和暗物质探测器的研发、现状和前景》专题讲座
刘晶副教授《超微型中微子和暗物质探测器的研发、现状和前景》专题讲座
在专题讲座中，刘晶副教授以上世纪物理学的“两朵乌云”——以太学说和黑体辐射紫外灾难为引子，引出粒子物理的发展现状以及本世纪的“两朵乌云”：暗物质研究和宇宙正反物质不对称问题。他通过阐释中微子研究对这两大问题的重要意义，以及中微子探测的高难度，强调了中微子探测器小型化的深远意义，并介绍了COHERENT合作组在美国散裂中子源开展的一系列中微子实验。
中微子是一种电中性、质量极小且仅通过弱相互作用参与作用的基本粒子，而暗物质则是宇宙中一种不发光、不可见却具有显著引力效应的重要成分。刘晶副教授首先概述了粒子物理的标准模型，特别强调中微子不带电的特性及其极高的探测难度。随后，他从理论出发，系统阐述了中微子探测的基本思路及未来发展方向。中微子与原子核的弹性散射过程具有远高于其他中微子与物质相互作用过程的探测概率，这使其在稀有信号探测中具有显著优势。在探测到相同信号数量的前提下，探测概率提高百倍意味着探测器体积可缩小百倍，从而显著节约实验时间与成本。基于这一特点，弹性散射过程为中微子探测器小型化提供了重要的技术方向，同时也为通过弹性散射探测低质量暗物质提供了理论基础和应用前景。
在讲座中，刘晶副教授详细介绍了COHERENT合作组在美国散裂中子源“中微子走廊”开展的一系列实验，包括液氩实验、常温碘化钠实验以及常温碘化铯实验等。其中，常温碘化铯实验于2017年首次探测到中微子与原子核的弹性散射过程，这一重要成果发表在国际知名期刊《Science》上。该实验的升级方向之一是采用低温纯碘化铯晶体作为探测器。低温的优势在于可以增强晶体的信号强度，从而探测更微弱的信号，同时有效抑制热噪声本底，提升信噪比。低温纯碘化铯探测器有望实现中微子弹性散射的更精确测量，这对推动中微子物理研究具有重要意义，同时也为未来暗物质探测实验提供技术支持。
讲座结束后，同学们与刘晶副教授展开了热烈讨论。大家纷纷表示，对中微子和暗物质的理论与实验研究充满期待，希望通过弹性散射过程进一步揭示中微子与暗物质的奥秘，为新物理的探索提供重要指引。
实验光电器件介绍
美国散裂中子源“中微子走廊”介绍
低质量暗物质探测介绍
同学们和刘晶副教授热烈交流讨论
主讲嘉宾介绍：刘晶，2002年于北京航空航天大学获工学学士学位，2005年于北京大学获粒子物理与核物理学硕士学位。2009年毕业于德国慕尼黑工业大学，获粒子物理专业博士学位。曾任中国科学院高能物理研究所、德国马普所研究助理、日本东京大学博士后、美国加州大学伯克利分校及斯坦福大学访问学者。2014年就职美国南达科他大学物理系助理教授、博士生导师，2020年升任副教授。2014年至今，以课题负责人身份从日本学术振兴会、美国南达科他州、美国自然科学基金、美国能源部总共获得约1.6千万元(人民币)项目资助，以子项目负责人身份总共获得约3.4千万元(人民币)项目资助。在国内外一级期刊上发表论文60余篇，获引用3700余次。
