地下实验证实了太阳的力量


科学家们一直认为,太阳的力量主要来自质子融入氦气,但现在他们终于可以证明它。一个由埋藏在意大利中部山脉深处的探测器组成的国际研究小组已经探测到中微子 - 幽灵般的粒子,这些粒子与太阳中心的物质流很不情愿地相互作用。其他太阳中微子之前已经被检测到,但是这些特定的中微子来自关键的质子 - 质子聚变反应,这是反应链的第一部分,提供99%的太阳能。

结果还表明,太阳是一个非常稳定的电源。中微子只需8分钟即可从太阳核心到达地球,因此该团队检测到的中微子生成率反映了当今太阳产生的热量。恰恰相反,这与现在从太阳表面辐射的能量相同,即使这些光子从核心到表面都需要10万年的时间。因此,太阳的能量产量在一千年内没有变化。 “这是过去10万年来太阳稳定性的直接证明,”马萨诸塞州大学阿默斯特分校的团队成员Andrea Pocar说。

太阳的核心是一个火热的炉子,它太热了,太密集了,太阳的主要成分 - 氢的质子核 - 与它们熔合的这种力相撞,产生了一个氘原子核(重氢,由质子和中子)加上反电子和中微子。这是一系列反应的开始:质子与氘碰撞产生氦-3;氦-3s结合成氦-4加质子;其他反应产生锂,铍和硼。许多这些反应产生中微子,但绝大多数来自太阳的中微子通量都是由原始质子 - 质子或pp反应产生的。 “PP反应是最基本的过程。在太阳下发生的一切都源于它,“牛津大学的史蒂夫比勒和英国正在加拿大建造的SNO +中微子探测器的发言人说,他并没有参与这项新工作。

自20世纪60年代以来,研究人员一直在探测中微子。最初,检测率三分之二的赤字困扰了结果。事实证明,中微子在飞过太空时可以从一种类型转换为另一种类型,但是探测器只对这三种类型中的一种敏感。一旦这个“中微子问题”解决了,中微子观测站继续从几乎所有预测的太阳反应中检测中微子 - 但不是pp反应。 pp反应的难点在于中微子的能量非常低,几乎与地球上发生的各种放射性衰变的能量相同,这使得地球探测器很容易将衰减与中微子事件混淆。 “检测这种中微子几乎是不可能做的事情。你需要非常低的背景水平和很多耐心,“比勒说。

位于意大利亚平宁山脉下方1400米的Gran Sasso国家实验室的Borexino探测器由一个装有300吨高纯度假枯烯(一种苯类液体)的球形透明容器组成。中微子很容易通过上覆的岩石,但偶尔会有一个会撞击这个“闪烁体”液体的核心,产生一个闪光,这是由位于球体周围的一系列探测器探测到的。这种探测器总是位于地下深处,以保护它们免受宇宙射线的影响,并被液体的缓冲层包围,以抵御岩石中的放射性衰变。

尽管做出了这些努力,为了检测pp中微子,Borexino的合作必须经过特别冗长的净化运动,以减少闪烁体液体中的放射性污染物水平 - 特别是氪-85,这是核试验和再处理的副产品,现在弥漫在大气中产生衰减信号,并产生非常类似于pp中微子到达的衰减信号。 “任何微小的空气泄漏和氪-85都会进入内部,”Pocar说。 Biller说,研究人员“确实推动了最前沿,实现了极低的放射性污染水平。”

随后一年半的数据收集和一年的分析“显示它不是背景或探测器效应, “波卡尔说。在精心去除多个背景信号源之后,该团队留下的中微子通量为每平方厘米660亿次,接近标准太阳模型预测的600亿次,他们今天在线报告了自然

“他们在做这件事上做得非常出色 - 令人难以置信的令人印象深刻,”Biller说。 “他们正在剥开树枝到达主流程的主干。”