对中微子波包空间范围的直接实验约束

尽管中微子在宇宙中的相对丰度很高，但它们是自然界中最未被理解的基本粒子。由于极弱的相互作用概率，它们也提供了一个独特的系统，用于研究基本系统中的量子相干性和粒子的波动性。事实上，在实验相关源中发射的中微子的量子性质基本上是未知的，且中微子波包的空间范围仅受反应堆中微子振荡数据的松散约束，其展宽达 13 个数量级。在此，我们通过一种新的实验概念提取在 $^7$Be 的核电子俘获（EC）衰变中发射的反冲子核的能量宽度 $\sigma_{\textrm{N},E}$，给出了该量的首个直接限制。EC 衰变过程的末态包含一个反冲的 $^7$Li 核和一个电子中微子（$\nu_e$），它们在产生时即相互纠缠。通过将 $^7$Be 放射性同位素直接嵌入作为低温传感器运行的高分辨率超导隧道结，对 $^7$Li 能谱进行了高精度测量。发现反冲子核空间不确定性的下限为 $\sigma_{\textrm{N}, x} \geq 6.2$\,pm，这意味着末态系统的局域化尺度比原子核本身大一千倍以上。通过该测量，使用两种不同的理论方法提取了中微子波包空间范围的首个直接下限。这些结果在多个领域具有广泛影响，包括亚原子尺度的空间局域化性质、中微子物理数据的解释，以及未来大规模实验的潜在范围。