来自地球上最灵敏的中微子探测器之一的Borexino的新结果

2019-10-14 17:10:24

包括马萨诸塞州阿默斯特大学的物理学家安德里亚·波卡尔(Andrea Pocar)在内的科学家说,中微子释放的太阳能量的约99%是通过质子-质子(pp)融合引发的核反应序列产生的,其中氢被转化为氦。今天,他们报告了来自Borexino的新结果,Borexino是地球上最敏感的中微子探测器之一,位于意大利的亚平宁山脉下方。

他们解释说:“由这条链发出的中微子代表了太阳和中微子物理学的独特工具。” 他们在《自然》杂志上发表的新论文报道了“由Borexino对pp链的所有成分进行的首次完整研究”。这些成分不仅包括pp中微子,还包括铍7(7Be),pep和Bor-8(8B)中微子。波卡尔说,两个质子的pp聚变反应产生氘核(氘核)是反应序列的第一步,约占太阳能量输出的99%。

他补充说:“今天的新功能是渐进式的,这不是一个飞跃,但这是10多年数据采集的最高记录,并通过实验一次显示了太阳的全部能谱。我们的结果减少了不确定性,从而它也许不是浮华的,但它的进步类型在科学上往往没有得到足够的重视,其价值在于测量变得更加精确,因为有了更多的数据,并且借助年轻的物理学家的勤奋工作,我们对实验设备有了更好的了解。 ”

他补充说:“ Borexino提供了pp,7Be和pep中微子有史以来最好的测量。” “其他实验更精确地测量了8B中微子,但是我们的测量值较低,与之相符。”

此外,“一旦有了更精确的数据,就可以将其反馈到太阳行为的模型中,然后可以进一步完善模型。所有这些都可以使人们更好地了解太阳。中微子告诉我们太阳如何太阳正在燃烧,反过来,太阳为我们提供了研究中微子行为的独特信息。预定运行另外两到三年的博雷西诺已经极大地加深了我们对太阳的理解。”

对于pp,7B,pep和8B中微子的早期研究,研究小组分别专注于每个目标,在有限制的能量窗口内对收集的数据进行有针对性的分析,“就像试图通过对许多不同类型的每种照片拍照来表征森林树木,”波卡尔指出。“多张图片给你一个森林的概念,但与整个森林的照片并不相同。”

“我们现在要做的是拍摄一张反映整个森林,所有不同中微子的整个光谱的单张照片。我们无需放大查看细小的碎片,而是可以一次看到全部。我们了解我们的探测器,因此现在,我们感到安心并充满信心,我们的一枪对中微子能谱是有效的。”

太阳中微子以接近光速的速度从系统中心的恒星中流出,每秒有4200亿个太阳中微子撞击地球的每平方英寸。但是,由于它们仅通过核弱力相互作用,因此它们通过几乎不受影响的物质,这使得它们很难检测和区别于普通材料的痕量核衰变。

Borexino仪器在中微子与超纯有机液体闪烁体的电子相互作用时检测中微子,该闪烁体位于被1000吨水包围的大球体的中心。它的深层深度和许多类似洋葱的保护层将核保持为地球上最无辐射的介质。他指出,它是地球上唯一能够同时观测太阳中微子整个光谱的探测器。

UMass Amherst物理学家是一个由100多名科学家组成的团队的主要研究人员,他对现在将重点转向测量另一种称为CNO中微子的太阳中微子特别感兴趣,他希望这对解决一个重要的开放性问题很有用。在恒星物理学中,即太阳的金属性或金属含量。

他指出:“有两种模型可以预测比氦重的元素的含量不同,氦对于天文学家来说是金属,而氦的金属更轻,模型更重。” CNO中微子以不同于pp链的循环聚变反应顺序发射,在太阳中居主导地位,但被认为是重恒星的主要动力来源。CNO太阳中微子通量受太阳金属度的影响很大。

Pocar说:“我们的数据可能显示出对重金属的轻微偏爱,因此我们将对此进行研究,因为来自太阳的中微子,尤其是CNO,可以帮助我们解决这一问题。”

Borexino是一项国际合作,由美国国家科学基金会,负责管理Gran Sasso实验室的意大利国家核物理研究所以及德国,俄罗斯和波兰的资助机构资助。

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