南开大学团队参研成果发表于《自然》杂志

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文章导读

一个困扰物理学界近三十年的幽灵，被中国团队主导的创新方案“驱散”了。近日，南开大学团队在国际顶级期刊《自然》发表重磅成果，他们利用美国费米实验室的实验数据，以95%的置信度，首次排除了“惰性中微子”这一热门候选暗物质粒子的存在可能。这不仅是对过往多项争议性实验的强力回应，更标志着人类在探索宇宙“隐形”构成的道路上，迈出了决定性的一步。

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　　（通讯员程丹）近日，南开大学物理科学学院副教授季向盼与美国布鲁克海文国家实验室研究员Jay Hyun Jo、路易斯安那州立大学教授Hanyu Wei (魏瀚宇)合作，利用美国费米实验室MicroBooNE实验的数据，在惰性中微子研究领域取得突破性进展。研究首次采用“单探测器+双中微子束流”的创新方案，以95%的置信度排除了单一惰性中微子的物理可能性。相关成果以 “MicroBooNE实验上利用双中微子束流探寻轻质量惰性中微子” (Search for Light Sterile Neutrinos With Two Neutrino Beams at MicroBooNE)为题发表于国际顶级学术期刊《自然》（Nature）正刊。

南开大学团队参研成果发表于《自然》杂志

　　图1.MicroBooNE实验惰性中微子结果

　　MicroBooNE实验是在美国费米实验室运行的一个加速器中微子实验，其主体探测器为液氩时间投影室，主要测量由加速器产生的中微子与探测器介质的相互作用。MicroBooNE国际合作组由约200名科研人员组成，他们来自6个国家的40个研究机构。季向盼领导的南开大学课题组是其唯一的亚洲成员单位。

南开大学团队参研成果发表于《自然》杂志

　　图2.MicroBooNE实验布局

　　研究团队基于MicroBooNE实验独特布局，在国际上首次实施“单探测器+双中微子束流”方案，显著降低了系统误差，并克服了电子中微子“振荡出现”与“振荡消失”效应之间的抵消。研究结果在95%的置信度水平下，排除了LSND与MiniBooNE实验所提出的单一惰性中微子物理参数空间。同时在相同置信水平下排除了GALLEX/SAGE/BEST和Neutrino-4实验所给出的绝大部分参数空间。这表明MicroBooNE实验的结果排除了单一惰性中微子的物理可能性。

　　该成果基于MicroBooNE实验全部采集数据的60%完成。目前，团队已启动下一阶段研究工作，将融合人工智能技术、新分析方法和完整实验数据，进一步深化中微子物理探索。

　　MicroBooNE合作组共同发言人、费米实验室资深研究员、美国物理学会会士Matthew Toups评价指出：“向盼是论文的共同负责人之一。南开大学团队在研究方案设计、分析流程构建、软件研发和统计分析等方面做出核心贡献。这些工作对研究的整体推进与科学发现的取得至关重要。”

　　此项研究工作得到了教育部项目及南开大学“青年学科带头人计划”等项目的资助与支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09757-7