近日，XENON合作组公布了搜索太阳硼-8中微子与原子核相干弹性散射以及轻质量暗物质的最新结果。利用2021年至2025年间总曝光量为6.77吨·年的数据，XENON合作组以3.3σ的统计显著度测量到太阳硼-8中微子与原子核的相干弹性散射，其测得的太阳硼-8中微子流强与以往结果相符。在此基础上，同一数据集也被用于限制低能中微子相互作用和搜索轻质量暗物质与原子核之间的多类相互作用。论文于2026年8月28日在线发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

图1 光电倍增管（PMT）阵列局部。XENONnT探测器顶部和底部的PMT阵列用于记录粒子相互作用产生的信号。

宇宙中的暗物质总量数倍于普通物质，但几乎不发光，也几乎不与普通物质发生除引力之外的其他相互作用。过去几十年中，研究者们搭建了多种探测器，希望直接测量暗物质与原子核或电子相互作用所产生的微弱信号。XENONnT位于意大利格兰萨索国家深地实验室，核心装置是一台以5.9吨液态纯氙作为灵敏体积的双相时间投影室。暗物质粒子或太阳中微子在液氙中沉积能量后会产生瞬时闪烁光和电离电子，这些电子经过一段时间后被转化为另一批闪烁光。两类光信号均由光电倍增管探测，并构成后续分析的基本事件信息。

对于低质量暗物质搜索而言，太阳硼-8中微子与原子核的相干弹性散射具有与暗物质信号高度相似的事件特征，因此构成了一类难以进一步去除的物理本底，即“中微子雾”。与此同时，这也意味着暗物质探测器已经具备直接研究太阳中微子的能力。数据中孤立光信号和孤立电信号的偶然符合是分析中最重要的背景事件之一。研究团队建立了针对这一背景的压低和建模分析框架，并在以往研究的基础上进一步利用多种机器学习技术降低其影响，从而增强了对太阳中微子和暗物质信号的灵敏度。

图2 左图：XENONnT对太阳硼-8中微子流强和低动量转移下的弱混合角的限制；右图：暗物质-核子自旋无关弹性散射模型90%置信水平上限。黑色实线表示本工作结果；绿色和黄色带分别表示1σ和2σ预期灵敏度区间；右图灰色区域为暗物质-核子散射中的“中微子雾”。

对太阳硼-8中微子与原子核相干弹性散射的搜寻，是自上一代实验——XENON1T以来持续多年的研究工作。在2024年已发表研究的基础上，本次测量进一步提供了这些信号来自太阳中微子的有力证据。

本文通讯作者清华物理系博士刘可欣（已毕业）和哥伦比亚大学博士生徐大成（清华大学22届本科毕业生），在高飞副教授的合作与指导下完成了本项研究。博士期间，两人曾先后赴对方所在机构访问，并在此基础上围绕XENONnT低能物理分析展开深入合作。清华物理系博士生蔡畅和赵一飞参与了此项物理分析工作并在信号筛选与重建方面作出重要贡献。

此项研究工作得到自然科学基金委创新研究群体（B类）、教育部“U40”计划、清华大学自主科研“笃实”计划和“国际合作专项”的支持。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/xvpn-w3q9