米国本土での実験

原子炉からのニュートリノを利用したCEνNSの特性の検出および詳細な調査には、ニュートリノ束を最大化するために検出器を原子炉炉心にできるだけ近づけて配置する必要があります。これを実現するために、CONUS検出器はブロクドルフの原子炉施設内の原子炉炉心から17mの距離に配置されています^{[ 5 ] [ 6 ] （図4参照）。これは、選択された検出器技術[ 7 ]}によってのみ可能であり、原子炉の運転を妨げることなく施設内に配置できます。

ブロクドフト原子炉は最大熱出力3.9 GWで稼働しており、世界で最も強力な原子炉の1つです。平均して、核分裂1回あたり約7.2個のニュートリノが生成されます（核分裂生成物から6個、ウラン238への中性子捕獲後の崩壊により1.2個）。^{[ 8 ] [ 9 ]}検出器サイトでは、これにより毎秒、平方センチメートルあたり約23兆個のニュートリノのフラックスが発生します。^{[ 10 ] [ 11 ]}

CONUSコラボレーションは、それぞれ1kgの高純度ゲルマニウム半導体検出器を4つ使用しています^{[ 7 ]} （図5参照）。

原子炉炉心から発生したニュートリノがゲルマニウム原子核で散乱すると、原子核のわずかな反跳エネルギーは、一部が電離エネルギーに、一部が散逸熱に変換されます。CONUSで使用されている電離検出器では、最初のエネルギー部分のみが電気信号の形成に寄与します。この散逸現象はクエンチングとして知られており、通常はリンドハルト理論で説明されます。^{[ 11 ]}したがって、このクエンチング係数の正確な知識は、その不確実性が実験の主要な系統誤差の1つであるため、非常に重要です。コヒーレント弾性ニュートリノ原子核散乱を検出するために、CONUSは原子炉稼働時と停止時のデータを収集しています。これらのデータを比較することで、原子炉稼働時間中に予想されるエネルギーウィンドウ内のイベントの過剰がCEνNSの存在を明らかにすることができます。さらに、原子炉停止時間中の測定により、バックグラウンド率とその成分を正確に決定することができます。CONUSは2018年4月1日にデータ収集を開始し、それ以来継続的に稼働しています。

CEνNSは断面積が最も大きいニュートリノ相互作用ですが、それでも稀なプロセスです。さらに、エネルギーと運動量の伝達が非常に小さい（<1 keV）ため、適切な検出器は追加のバックグラウンドから遮蔽する必要があります。CONUSで適用されている3つの主要なバックグラウンドの種類とその軽減戦略を以下にまとめます。 関連するバックグラウンドは、次の3つの異なるカテゴリに分類できます。

• 宇宙放射線：宇宙ミューオンとミューオン誘起シャワーは、検出器のターゲット物質と大量に相互作用する可能性があります。そのため、宇宙放射線は最も重要なバックグラウンドの1つです。この種のバックグラウンドを抑制するために、多くの低バックグラウンド実験は地下深くで行われます。しかし、CONUSではこれは不可能です。ここでは、原子炉建屋が適度なオーバーバーデンを提供し、ミューオンフラックスを2～3分の1にしか低減しません。ミューオンバックグラウンドをさらに効果的に抑制するために、CONUS検出器はアクティブミューオンベトシステムで囲まれています（図5を参照）。これは、検出器セットアップを通過する入射ミューオンを検出できるシンチレータ層で構成されています。このようにして、ミューオン誘起バックグラウンドを約100分の1に低減できます。^{[ 5 ]}
• 局所的背景:宇宙線に加えて、直接周囲から来る背景もあります。局所的背景への最も重要な寄与は、周囲の自然放射能と原子炉炉心から放射される中性子です。 ^{[ 5 ]}この背景から検出器を遮蔽するために、検出器は数層の鉛（ 合計25cm）とホウ素ドープポリエチレン板で覆われています（図5参照）。実験（特に閉鎖環境にあるもの）が対処しなければならないもう1つの重要な背景源は、空気中のラドンの放射性崩壊です。ラドンは不活性ガスであるため、遮蔽層のごくわずかな隙間から漏れ出し、検出器の近くで崩壊する可能性があります。この問題を解決するために、検出器チャンバーは圧縮空気ボンベからのラドンを含まない空気で連続的にパージされます。
• 固有放射能：検出器には微量の放射性同位体も含まれています。そのため、検出器内部の放射性不純物の量を最小限に抑える必要があります。この目的を達成するために、検出器の構築に使用される材料は、マックス・プランク核物理研究所の地下実験室にあるGIOVE検出器^{[ 12 ]}を使用して慎重に分析され、それに応じて選択されました。

CONUSの設置容積は1.6m^3と小さいにもかかわらず、巨大な高密度シールドにより総質量は11トンに達する。^{[ 5 ]}

2020年、CONUSプロジェクトは、 原子炉を稼働させた状態で約70日間、原子炉を停止させた状態で約16日間の実効測定時間の後、3.73 kgのアクティブ検出器材料を使用してCEνNSに関する最初の結果を発表しました。^{[ 6 ]}これらのデータにより、完全コヒーレント領域におけるCEνNSプロセスの存在に対するこれまでで最も正確な上限値を決定することができました。この上限値は、標準模型理論またはその変種におけるCEνNSの強度の予測を検証できるため、基礎ニュートリノ研究にとって貴重な情報となります。CONUS検出器の非常に低いエネルギー閾値、超低バックグラウンドレベル、長期安定性という独自の性能は、文献^{[ 7 ]で強調されています。}

2021年末の原子炉運転終了まで、そしてそれ以降も収集される追加データ、データ収集システムのさらなる改良、そしてゲルマニウムにおける消光係数のより深い理解により、今後数年間で実験の感度は大幅に向上すると予想される。

2025年1月9日、プレプリントサーバーArXivに論文^{[ 13 ]}が発表され、原子炉反ニュートリノからのコヒーレント弾性ニュートリノ-原子核散乱の最初の測定の可能性が発表された。これは、完全なコヒーレンス領域での相互作用の最初の観測となる。この論文は、3.7σの統計的有意性（物理学における発見の標準は5σと考えられている）を主張し、査読を経てNatureに掲載された。原子炉が119日間稼働した後、395±106イベントが検出され、これは標準モデルの予測である347±59イベントと一致している。