Et første øjebliksbillede af hele spektret af neutrinoer, der udsendes af solen

Omkring 99 procent af Solens energi, der udsendes som neutrinoer, produceres gennem nukleare reaktionssekvenser initieret af proton-proton (f) fusion, hvor hydrogen omdannes til helium, siger forskere, herunder fysiker Andrea Pocar ved University of Massachusetts Amherst. I dag rapporterer de nye resultater fra Borexino, en af ​​de mest følsomme neutrinodetektorer på planeten, ligger dybt under Italiens Apenninebjerge.

"Neutrinoer udsendt af denne kæde repræsenterer et unikt værktøj til sol- og neutrino -fysik, "forklarer de. Deres nye papir i Natur rapporterer om "den første komplette undersøgelse af alle komponenterne i pp-kæden udført af Borexino." Disse komponenter omfatter ikke kun pp -neutrinoerne, men andre kaldte Beryllium-7 (7Be), pep og Boron-8 (8B) neutrinoer. PP -fusionsreaktionen mellem to protoner for at producere deuteron, kerner af deuterium, er det første trin i en reaktionssekvens, der er ansvarlig for omkring 99 procent af Solens energiproduktion, Siger Pocar.

Han tilføjer, "Det nye i dag er trinvist, det er ikke et spring, men det er kronen på mere end 10 års datatagning med eksperimentet for at vise Solens fulde energispektrum på én gang. Vores resultater reducerer usikkerhed, hvilket måske ikke er prangende, men det er en slags fremskridt, der ofte ikke anerkendes nok i videnskaben. Værdien er, at målinger bliver mere præcise, fordi med flere data og takket være dedikerede unge fysikers arbejde, vi har en bedre forståelse af det eksperimentelle apparat. "

"Borexino tilbyder den bedste måling, der nogensinde er foretaget for pp, 7 Be og pep neutrinoer, "tilføjer han." Andre forsøg måler 8B -neutrinoerne mere præcist, men vores måling, med en lavere tærskel, er i overensstemmelse med dem. "

Yderligere, "Når du har mere præcise data, du kan føde det tilbage til modellen for, hvordan solen opfører sig, så kan modellen forfines endnu mere. Det hele fører til en bedre forståelse af Solen. Neutrinoer har fortalt os, hvordan solen brænder, og på tur, solen har givet os en unik kilde til at studere, hvordan neutrinoer opfører sig. Borexino, planlagt at køre i yderligere to til tre år, har styrket vores forståelse af Solen meget dybt. "

For tidligere undersøgelser af pp, 7B, pep og 8B neutrinoer, teamet havde fokuseret på hver enkelt separat i målrettede analyser af de indsamlede data i begrænsede vinduer af energi, "som at prøve at karakterisere en skov ved at tage et billede af hver af de mange individuelle træsorter, "Pocar -noter." Flere billeder giver dig en idé om en skov, men det er ikke det samme som billedet af hele skoven. "

"Det, vi har gjort nu, er at tage et enkelt foto, der afspejler hele skoven, hele spektret af alle de forskellige neutrinoer i ét. I stedet for at zoome ind for at se på små stykker, vi ser det hele på en gang. Vi forstår vores detektor så godt nu, vi er trygge og overbeviste om, at vores ene shot er gyldigt for hele spektret af neutrinoenergier. "

Solneutrinoer strømmer ud af stjernen i midten af ​​vores system med næsten lysets hastighed, hele 420 milliarder rammer hver kvadratcentimeter af jordens overflade i sekundet. Men fordi de kun interagerer gennem den svage atomkraft, de passerer gennem materien stort set upåvirket, hvilket gør dem meget vanskelige at opdage og skelne fra spore nukleare henfald af almindelige materialer, Siger Pocar.

Borexino-instrumentet registrerer neutrinoer, når de interagerer med elektronerne i en ultraren organisk væskescintillator i midten af ​​en stor kugle omgivet af 1, 000 tons vand. Dens store dybde og mange løglignende beskyttende lag opretholder kernen som det mest strålingsfrie medium på planeten. Det er den eneste detektor på jorden, der er i stand til at observere hele spektret af solneutrino samtidigt, som nu er opnået, bemærker han.

UMass Amherst -fysikeren, en hovedforsker i et team på mere end 100 forskere, er især interesseret i nu at fokusere på at måle endnu en type solneutrino kendt som CNO -neutrinoer, som han håber vil være nyttig til at løse et vigtigt åbent spørgsmål inden for stjernefysik, det er metalliciteten, eller metalindhold, af Solen.

"Der er to modeller, der forudsiger forskellige niveauer af grundstoffer, der er tungere end helium, som for astronomer er et metal, i solen; en lettere metallicitet og en tungere model, "bemærker han. CNO -neutrinoer udsendes i en cyklisk fusionsreaktionssekvens, der er forskellig fra pp -kæden og subdominant i solen, men menes at være hovedkilden til kraft for tungere stjerner. CNO -solarneutrino -fluxen er stærkt påvirket af solens metallicitet.

Pocar siger, "Vores data viser muligvis en lille smule præference for tungmetalitet, så vi vil undersøge det, fordi neutrinoer fra solen, især CNO, kan hjælpe os med at fjerne dette. "