中微子研究展现太阳核聚变缺失环节

 
 
中微子研究展现太阳核聚变缺失环节  
 

 中微子是太阳焦点的核聚变回响释放出来的。图片来历：Detlev Van Ravenswaay

通过捕获太阳发出的中微子，物理学家填补了此前缺失的核聚变如作甚恒星提供能量的最终细节。

这次探测证实了几十年前提出的理论预测，即太阳的部门能量是由碳和氮核的一系列回响发生的。这个进程将4个质子熔合形成一个氦原子核，然后释放出两其中微子（物质中最轻的根基粒子），以及其他亚原子粒子和大量能量。

据《自然》报道，固然这种碳氮回响并不是太阳独一的聚变途径——发生的能量不到太阳能量的1%，但它被认为是较大质量恒星的主要能量来历。该成就符号着科学家从这个进程中第一次直接探测到中微子。

美国俄亥俄州立大学天体物理学家Marc Pinsonneault认为，该研究精彩证实了关于恒星布局理论的一个根基预测。

克日，研究人员在虚拟中微子2020集会会议上陈诉了这一未经同行评审的发明。

该研究借助了位于意大利中部的Borexino地下尝试设施。该设备是第一个从质子—质子链回响3个差异步调中直接探测到中微子的设备。质子—质子链回响占太阳聚变的大部门。“有了这个功效，Borexino已经完全阐发了为太阳提供能量的两个进程。”该研究讲话人、米兰大学物理学家Gioacchino Ranucci说。

这些发明是Borexino最后一个里程碑，该设备仍在收罗数据，但大概在一年内封锁。该尝试的另一位连系讲话人、热那亚大学物理学家 Marco Pallavicini说：“我们以一个爆炸性功效竣事。”

Borexino太阳中微子尝试设施位于拉奎拉四周的大萨索国度尝试室，自2007年以来一直在1千多米的地下运行。探测器由一个庞大的尼龙气球构成，气球装满了278吨液体碳氢化合物，并浸没在水中。绝大大都来自太阳的中微子直接穿过地球，但有一小部门被碳氢化合物中的电子反射，发生闪光，这些闪光被分列在水箱中的光子传感器捕获到。

来自太阳碳氮回响链的中微子相对较少，因为它只认真太阳聚变的一小部门。另外，碳氮回响的中微子很容易与铋-210放射性衰变发生的中微子夹杂。铋-210是一种同位素，能从气球的尼龙中泄漏到碳氢化合物殽杂物中。

尽量污染物的浓度极低——在Borexino内部天天最多衰变几十个铋原子核，但从铋噪音中疏散太阳信号仍需要费力尽力。由于无法阻止铋-210从气球中泄漏出来，所以研究人员的方针是减慢元素渗透到液体中心的速度，同时忽略外部边沿的信号。

为了做到这一点，研究小组必需节制整个容器的温度差，因为这种不服衡会发生对流，加快容器内物质的殽杂。“液体必需很是静止，每月最多移动零点几厘米。”Pallavicini说。

为了使碳氢化合物保持恒定、匀称的温度，研究人员将整个容器包裹在隔热层中，并安装热互换器自动均衡容器温度。然后，他们开始期待。直到2019年，铋的噪音变得足够宁静，中微子信号才凸显出来。到2020年头，研究人员已经收集了足够的粒子，可以明晰发布他们探测到了来自碳氮回响核聚变链的中微子。

西班牙巴塞罗那空间科学研究所天体物理学家Aldo Serenelli说：“这是第一个真正直接的证据，证明氢通过碳氮回响在恒星中燃烧。这真的很神奇。”

对碳氮回响中微子的探测不只证实了有关太阳能量来历的理论预测，还可以展现其焦点布局——出格是被天体物理学家称为金属的元素（比氢和氦重）的浓度。