超级神冈合作组首次观测到弥漫性超新星中微子背景迹象

--清华团队深耕二十年助力关键探测

清华工物系 清华工物系 2026-06-26 17:15 发表于北京

2026年6月25日,第XXXII届中微子国际大会于美国加州大学尔湾分校召开。会上,超级神冈合作组(SK)发布重要阶段性成果:国际首次观测到弥漫性超新星中微子背景(DSNB,又称超新星遗迹中微子SRN)的迹象,信号显著性达2.6σ,对应99.5%的置信度。该成果基于超级神冈探测器累计近5000天的观测数据深度分析获得,完整融合两大关键运行阶段数据。

核心坍缩超新星是大质量恒星演化末期的剧烈爆炸事件,也是宇宙极端能量释放与重元素增殖的核心过程。爆炸过程会以中微子形式释放恒星内部绝大部分能量,同时将恒星核聚变生成的碳、氧、硅、铁等重元素抛散至星际空间。这些元素构成了星际介质、行星系统乃至生命物质的基础,是维系宇宙物质循环的关键载体。值得一提的是,超级神冈探测器的前身——神冈探测器,在1987年曾成功捕获SN 1987A超新星中微子信号,实现人类首次直接观测河外超新星中微子,开创了宇宙中微子观测的新时代。

DSNB是宇宙演化史上所有核心坍缩超新星释放中微子的累积弥散背景信号(见下图),均匀遍布全天、无定向辐射且信号强度极弱,探测难度极大,是领域内长期难以突破的关键难题。自1996年超级神冈实验正式运行以来,直接探测DSNB信号、追溯宇宙超新星核合成历史,一直是该实验的核心科学目标。本次观测成果,为人类厘清宇宙恒星演化、超新星爆发历史及星际核合成规律,提供了极具价值的观测依据,相关前沿进展与学科价值可参考《物理》杂志: 发现超新星遗迹中微子——中微子天文学的下一个里程碑。

在本次重大进展中,清华大学高能物理研究中心中微子实验团队贡献突出。团队自2006年正式加入超级神冈国际合作组以来,二十年间持续深耕DSNB探测关键技术研发与实验落地工作。团队创新性提出并实现特殊高能触发技术(Special High-Energy Trigger),精准适配DSNB信号中反电子中微子反贝塔衰变级联反应的探测需求,为微弱DSNB信号的有效筛选和提取筑牢技术根基。

二十年攻坚历程中,清华团队多名师生在多个核心技术与本底研究方向取得关键突破。其中,中心已毕业硕士生沙薇、衡阳,博士生张海兵、薛涛、张洋、万林焱、张彬,博士后邓智、林延畅等科研人员,先后在光电倍增管性能测试与精密刻度、1MHz带宽电子学系统升级、在线触发电子学系统优化、中子探测技术优化、宇生本底锂-9/氦-8精确测量、大气中微子中性流类弹性散射本底分析、中子信号高效识别等多项核心工作中承担重要任务,精准攻克多项实验难点,有效压低实验本底、提升信号探测灵敏度,为本次DSNB信号迹象的成功观测提供了坚实的技术支撑与数据支撑。