关于中微子与反中微子在原子核上的相干散射

本文讨论了中微子-原子核 $\nu A\to \nu A$ 与反中微子-原子核 $\bar\nu A\to \bar\nu A$ 相互作用，其中原子核保持完整，并考虑了相干（弹性）与非相干（非弹性）散射机制。在第一种机制中，散射后原子核仍处于同一量子态，截面依赖于核子数的平方。在第二种机制中，原子核改变其量子态，截面本质上与核子数呈线性依赖。相干与非相干截面分别由核子形状因子平方 $|F|^2$ 项与 $(1-|F|^2)$ 项主导。相干与非相干（反）中微子-原子核散射机制之间存在平滑过渡。由于中性流性质，若仅观测原子核反冲能量，则这些弹性与非弹性过程无法区分。将相干信号与非相干信号分离的一种方法是记录非相干散射中受激原子核退激所产生的 $\gamma$ 量子。另一种方法是使用极低能量阈值的探测器并在极低反冲能量下收集数据，此时非相干散射可忽略不计。特别地，对于 ${}^{133}\text{Cs}$ 与 30–50 MeV 的中微子能量，非相干截面约为相干截面的 15–20%。因此，若退激 $\gamma$ 量子逃逸出探测，COHERENT 实验（使用 ${}^{133}\text{Cs}$）所测量的相干弹性中微子-原子核散射（CE$\nu$NS）含有 15–20% 水平的非弹性混杂。