中国地质大学讯（通讯员 黄恬恬）近日，我校数学与物理学院黄国远教授与中国科学院高能物理所周顺研究员合作，提出了一种探测宇宙中微子背景的新方案。该方法利用中微子背景与分子的参量荧光效应，捕捉来自早期宇宙大爆炸的中微子遗迹信号，相关研究成果于2026年2月24日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。
宇宙诞生于一场大爆炸。在大爆炸发生1秒之后，一类基本粒子——中微子——便从炽热的宇宙等离子体中退耦产生，形成了宇宙中微子背景。如今，距离大爆炸约138亿年，这些遗迹中微子已经冷却到了1.95K（−271.2摄氏度），且由于中微子只发生弱相互作用，使得它们极难被探测到。相比之下，宇宙微波背景直到大爆炸38万年后才产生，而这一辐射早在1964年被美国射电天文学家阿诺・彭齐亚斯和罗伯特・威尔逊发现，相关发现也斩获了诺贝尔物理学奖。
这项研究工作另辟蹊径，提出利用宇宙背景中微子与低温原子或分子系统的相干散射，诱导其产生参量荧光效应（νi + M → νj + γS + M），通过探测辐射的红外光子γS捕获遗迹中微子信号。当中微子传递给分子能级的能量与分子的能级差刚好匹配的时候，会发生共振现象，极高地提升该过程的反应概率，此时的事例率会正比于体系相干时间的平方。对于红外波段的能级，相干时间主要是由系统中的纯退相干时间决定的。如果采用10微秒相干时间和40立方厘米靶体积，年事例率可以高达8次。同时，利用共振处的慢光效应，还能够自动克服宇宙中微子背景本身的能量弥散，进一步提升探测可行性。
通过探测这些遗迹中微子，研究者有望深入了解宇宙诞生后仅数秒时的状态。这一技术也有助于揭示中微子自身性质的重要信息，包括它们极其微小的质量以及马约拉纳属性。未来，研究团队计划与AMO（原子、分子和光学）领域的专家密切合作，着手验证和构思具体的实验方案。
宇宙中微子背景诱导的参量荧光示意图。中微子遗迹与介质中的分子（或原子）偶极子发生相干散射，产生可观测的红外光子信号。
该研究成果黄国远教授为第一作者，中国地质大学（武汉）为第一单位。研究工作受到中国地质大学（武汉）“百人计划”的支持，以及国家自然科学基金青年科学基金项目C类的资助。
论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/f4zt-bbzv
（编辑 李锐欣 审稿 陈华文）
原创文章，作者：荆楚之窗，如若转载，请注明出处：https://www.jingchucn.com/82277/
