Signaler inde fra jorden:Borexino -eksperiment frigiver nye data om geoneutrinoer

Forskere, der er involveret i Borexino -samarbejdet, har præsenteret nye resultater for måling af neutrinoer, der stammer fra Jordens indre. De undvigende "spøgelsespartikler" interagerer sjældent med stof, gør deres opdagelse vanskelig. Med denne opdatering, forskerne har nu haft adgang til 53 begivenheder - næsten dobbelt så mange som i den tidligere analyse af dataene fra Borexino -detektoren, som ligger 1, 400 meter under jordoverfladen i Gran Sasso -massivet nær Rom. Resultaterne giver et eksklusivt indblik i processer og forhold i jordens indre, der stadig er forvirrende den dag i dag.

Jorden skinner, selvom det slet ikke er synligt for det blotte øje. Årsagen til dette er geoneutrinos, som produceres i radioaktive henfaldsprocesser i Jordens indre. Hvert sekund, omkring en million af disse undvigende partikler trænger ind i hver kvadratcentimeter af vores planets overflade.

Borexino -detektoren, placeret i verdens største underjordiske laboratorium, Laboratori Nazionali del Gran Sasso i Italien, er en af ​​de få detektorer i verden, der er i stand til at observere disse spøgelsesagtige partikler. Forskere har brugt det til at indsamle data om neutrinoer siden 2007, dvs. i over ti år. I 2019, de var i stand til at registrere dobbelt så mange begivenheder som på tidspunktet for den sidste analyse i 2015 - og reducere usikkerheden ved målingerne fra 27 til 18 procent, hvilket også skyldes nye analysemetoder.

"Geoneutrinos er de eneste direkte spor af det radioaktive henfald, der forekommer inde i Jorden, og som producerer en endnu ukendt del af energien, der driver al dynamik på vores planet, "forklarer Livia Ludhova, en af ​​de to nuværende videnskabelige koordinatorer for Borexino og leder af neutrino -gruppen ved Nuclear Physics Institute (IKP) i Forschungszentrum Jülich.

Forskerne i Borexino -samarbejdet har udtrækket, med en forbedret statistisk signifikans, signalet om geoneutrinoer, der kommer fra jordens kappe, der ligger under jordskorpen ved at udnytte det velkendte bidrag fra jordens øverste kappe og skorpe-den såkaldte litosfære.

Det intense magnetfelt, den uophørlige vulkanske aktivitet, bevægelsen af ​​de tektoniske plader, og kappekonvektion:Forholdene inde på Jorden er på mange måder unikke i hele solsystemet. Forskere har diskuteret spørgsmålet om, hvor Jordens indre varme kommer fra i over 200 år.

"Hypotesen om, at der ikke længere er nogen radioaktivitet på dybden i kappen, kan nu udelukkes på 99% konfidensniveau for første gang. Dette gør det muligt at fastsætte lavere grænser for uran- og thoriummængder i Jordens kappe, ”siger Livia Ludhova.

Disse værdier er af interesse for mange forskellige beregninger af jordmodeller. For eksempel, det er meget sandsynligt (85%), at radioaktive henfaldsprocesser inde i Jorden genererer mere end halvdelen af ​​Jordens indre varme, mens den anden halvdel stadig stort set stammer fra Jordens oprindelige dannelse. Radioaktive processer i Jorden giver derfor en ubetydelig del af energien, der fodrer vulkaner, jordskælv, og Jordens magnetfelt.

Den seneste publikation i Fys. Rev. D præsenterer ikke kun de nye resultater, men forklarer også analysen på en omfattende måde fra både fysik og geologi perspektiver, hvilket vil være nyttigt for næste generations flydende scintillatordetektorer, der måler geoneutrinoer. Den næste udfordring for forskning med geoneutrinos er nu at kunne måle geoneutrinos fra Jordens kappe med større præcision, måske med detektorer fordelt på forskellige positioner på vores planet. En sådan detektor vil være JUNO -detektoren i Kina, hvor IKP -neutrino -gruppen er involveret. Detektoren vil være 70 gange større end Borexino, hvilket hjælper med at opnå højere statistisk signifikans på kort tid.