Detektering af solneutrinoer med Borexino-eksperimentet

Neutrinoer er ladningsløse partikler med en masse omkring en milliontedel af en elektron, som er skabt af de nukleare processer, der forekommer i Solen og andre stjerner. Disse partikler beskrives ofte farverigt som 'spøgelserne' i partikelzoo'en, fordi de interagerer så svagt med stoffet. Et papir udgivet i EPJ C af Borexino-samarbejdet – inklusive XueFeng Ding, Postdoc Associate of Physics ved Princeton University, USA – dokumenterer Borexino-eksperimentets forsøg på at måle lavenergi-neutrinoer fra Solens carbon-nitrogen-oxygen (CNO) cyklus for første gang.

"Dette kæmpe instrument, begravet under Gran Sasso-bjergene i Gran Sasso National Laboratory i Italien, fanger spøgelseslignende neutrinoer fra en såkaldt CNO-proces i midten af ​​Solen, "Ding forklarer. "Vi lavede titusindvis af simuleringer og forudsagde, at vi ville være i stand til at bevise, at disse 'CNO'-spøgelser eksisterer for første gang i menneskehedens historie."

Solen producerer energi ved at omdanne fire brintkerner til en heliumkerne gennem to mekanismer. Størstedelen af ​​den energi, der produceres af Solen, initieres af den direkte sammensmeltning af to protoner til en deuteron, starter pp-kæden, den anden mekanisme katalyseres af tungere kerner, såsom kulstof, nitrogen og ilt, kendt som CNO-cyklussen - som producerer omkring 1 % af vores stjernes energiproduktion. Ud over dette lille energibidrag, CNO-cyklussen skulle også producere omkring 1 % af de neutrinoer, der strømmer fra Solen.

"Neutrinoer fra CNO-cyklusprocessen i Solen var i det væsentlige forblevet hypotetiske indtil den nylige rapport fra Borexino om Neutrino 2020-konferencen, " Ding siger. "Borexino har ledt efter CNO-neutrinoer siden 2016, efter at det termiske isoleringssystem og det aktive temperaturkontrolsystem blev installeret. Dette papir rapporterer en kvantitativ undersøgelse af Borexino-følsomheden i søgningen efter CNO-neutrinoer og forklarer metoden."

Da Solen selv kun har en 1% CNO-gren, og da neutrinoer allerede er utroligt svære at opdage, der har i det væsentlige ikke været nogen måling endnu af selve CNO-processen, selvom det menes at være den dominerende energiproduktionsvej i stjerner, der er meget mere massive end Solen. At opdage neutrinoer fra CNO-cyklussen vil lære forskerne meget mere om det, til gengæld afslører hemmelighederne låst under overfladen af ​​universets mest massive stjerner.