短基线反应堆：寻找随距离变化的能谱

惰性中微子会让能谱随距离变化

惰性中微子不参与通常的弱相互作用。电子反中微子如果与额外的质量态混合，飞行途中就可能失去可探测的电子味。这只是待检验的假说；反应堆总量对不上，不能证明这种粒子存在。

最常见的简单模型，在三种已知活性味之外再加一个态。基线足够短时，新的、更大的质量平方差主导振荡相位，已知较小质量差的影响可以忽略。它的振幅和频率，决定能谱随距离、随能量怎样变化。

下面的表达式采用自然单位，忽略物质效应。它点明了实验的机会：在同一能量下比较不同的飞行距离。各位置共有的来源谱误差，会留在绝对计数里，在这种相对比较中却大部分抵消。

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STEREO 与 PROSPECT：比较同一台探测器的不同段

STEREO 在法国格勒诺布尔 Laue–Langevin 研究所的紧凑研究堆旁运行，六个靶单元分处约十米范围内的不同距离。这座堆以铀-235 裂变为主，来源成分简单；各单元同时测能谱，可以直接比较。

PROSPECT-I 在美国橡树岭高通量同位素反应堆旁，用的是分段的载锂液体闪烁体探测器。最终振荡分析把事件按距离分成六组，大致在七到九米之间。探测器靠近地表，分段和中子信号帮助压低本底。

各单元同时记录，减少了不同时段反应堆运行历史难以对齐的麻烦，但每个单元仍有自己的响应和效率。校准必须防止能标差异冒充距离效应。只有每一段都弄清楚了，分段才是可靠的对照。

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DANSS：在动力堆下移动同一台探测器

DANSS 装在俄罗斯卡里宁核电站一个堆芯下方，是高度分段的塑料闪烁体探测器。2018 年的分析比较了距堆芯约 10.7 到 12.7 米的几个位置。同一台探测器换个位置，基线变了，大部分探测硬件却不变。

可移动探测器得到一个好处，也多了一个难题。不同位置在不同时段测量，燃料和功率的变化必须跟踪，或者恰当地平均掉。商用堆芯也比紧凑研究堆大；反中微子来自一片产生区域，不是中心的一个点。

这些几何展宽会抹平快速振荡，有限的能量分辨率也一样。理想模型曲线可能很醒目，经过探测器响应后却只剩很弱的变化。比较不同实验，要看真实的堆芯尺寸、基线分布和响应，不能只看报出的最短距离。

依据：[3] · [1] · [2]

没有看到信号的检验，排除了什么？

STEREO 2023 年发表的最终结果显示，各单元能谱与没有额外振荡的情况相符，并在其灵敏范围内排除了反应堆异常所偏好的区域。它测得的来源谱也与参照谱不符。可见振荡解释被否定之后，来源谱的异常仍可以存在。

PROSPECT-I 的最终分析 2024 年提交、2025 年发表，用改进的分时段筛选处理了 2018 年的全部样本。不同基线的能谱彼此相符。它扩大了排除范围，并否定了 Neutrino-4 报告的最佳拟合点；但检验这一个点，不等于检验所有可能的新态。

这里引用的 DANSS 2018 年结果，同样用不同位置的能谱比值得出排除区域。这些分析各有年份，本文没有把各合作组的最新限制合并起来。每个置信区域都对应特定的模型、数据和统计方法，引用时要一并说明。

依据：[1] · [2] · [3]

偏好区域被排除，不等于惰性中微子全被排除

排除曲线画出的是实际实验能分辨的范围，各处灵敏度并不相同。振荡在测量距离上如果太慢，或者相对几何和能量展宽太快，相对信号都会很弱。混合很小时也难检验。

讨论相对能谱时说的“模型无关”，通常指少依赖绝对来源谱，并不是说不需要传播假设、几何、响应或统计选择。额外态拟合仍要写明它检验的是哪种信号。

共同的方法是：控制来源和探测器，改变距离，寻找相互关联的图样，而不只找总数的缺失。这些反应堆实验检验的是异常的一种具体解释；太阳校准、加速器和宇宙学方面的问题，还需要各自的数据和假设。

依据：[3] · [2] · [1] · [6]

在 Lab 中试一试

一手来源与修订

1. STEREO Collaboration · Uranium-235 spectrum and sterile-neutrino test (Nature, 2023; arXiv v3, 2024)
2. PROSPECT Collaboration · Final PROSPECT-I Short-Baseline Oscillation Search (2024 submission; 2025 publication)
3. DANSS Collaboration · Search for sterile neutrinos at the DANSS experiment (2018)
4. Particle Data Group · Neutrino Masses, Mixing, and Oscillations (2024)
5. PROSPECT Collaboration · Experimental science and detector design
6. Particle Data Group · Statistics (2025)

2026-10-10 首发；2026-10-11 最后修订。解释文字与图解由 Sandbox Physics 原创；插图为示意，不复刻实验事件记录。本专题为独立教育内容，并非诺奖机构或实验合作组的官方出版物。