为了促进学术交流与研究合作，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“学术交流论坛”第29期，于2024年12月20日下午15:50在玉泉路校区教学楼阶二2举行。美国南达科他大学物理系副教授刘晶应邀为大家带来题为《超微型中微子和暗物质探测器的研发、现状和前景》的专题讲座，旨在让本科生了解中微子物理的前沿科学研究动态，助力同学们的学习与科研发展。此次讲座由中国科学院大学物理科学学院的博士生导师刘倩主持。
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
在本次讲座中，刘晶副教授首先介绍了中微子的基本概念。中微子是一种不带电、质量极小且在宇宙中极为丰富的基本粒子。它可能与现代物理学中的“两朵乌云”——暗物质和正反粒子不对称性——密切相关，因此探测中微子的性质显得尤为重要。然而，由于中微子与物质之间的相互作用截面极小，探测起来非常困难。为了捕捉中微子，科学家们通常需要使用上万吨的探测介质，例如江门中微子实验等。随后，刘晶副教授介绍了CEvNS，即中微子与原子核发生弹性散射的过程。这个过程的发生概率远高于反β衰变等其他中微子过程，这使得探测器的小型化成为可能。如今，只需一个可以手持的探测器，便能有效探测中微子的踪迹。
接下来，刘晶副教授讲解了散裂中子源产生中微子的机制以及超微型探测器的工作原理。他详细介绍了COHERENT合作组在美国散裂中子源利用超微型探测器探测中微子的实验，该合作组利用仅十几公斤重的碘化铯晶体来探测CEvNS过程，并于2017年首次观测到此现象，这一重要成果发表在著名学术期刊《Science》上。
超微型探测器性能介绍
然而，探索中微子的脚步并未停止。尽管目前在微型探测器上每年可探测到一百多个中微子事件，但想要深入研究中微子的具体性质，仍然远远不够。刘晶副教授向同学们介绍了该实验未来的发展方向，其中最重要的一项改进是将实验温度降低到77K以下，以提高晶体的发光效率，减少探测器的背景信号，从而实现更好的能量分辨率。在这一实验中，中国科学院大学的研究生们也做出了贡献，包括硬件升级和数据分析等方面的工作。
利用低温提升探测器性能的介绍
在讲座的最后，刘晶副教授指出，探测器的微型化不仅对中微子探测具有重要意义，还可能在暗物质探测和寻找惰性中微子等领域发挥作用。这项研究工作具有重大的科学意义，为探索新物理提供了广阔的机遇。
讲座结束后，同学们对讲座内容表现出了浓厚的兴趣，并积极提问，与刘晶副教授探讨暗物质模型、中微子振荡等相关问题。大家对超微型探测器在中微子和暗物质探测领域的潜在应用表现出浓厚的兴趣，期待其未来能够带来突破性的进展。
报告人介绍：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。
