Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 21.07.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

В поисках нейтрино ученые научились заглядывать в самое сердце Солнца

В поисках нейтрино ученые научились заглядывать в самое сердце Солнца
shortstoryf

Международная команда астрофизиков во главе с Андре Покаром, Лаурой Кадонати и аспирантом Кейт Отис из Массачусетского университета, используя один из самых чувствительных датчиков нейтрино на планете, объявила, что смогли непосредственно обнаружить эти частицы в результате протон-протонного цикла, которая является краеугольным камнем для всех реакций, протекающих в солнечном ядре. Результаты опубликованы в текущем номере Nature.

Цикл протон-протон является первым шагом в последовательности реакций, ответственных приблизительно за 99 процентов всей выделяемой Солнцем энергии. Солнечные нейтрино возникают в ядерных процессах и в результате радиоактивных распадах различных элементов в результате различных реакций в ядре Солнца. Эти частицы вылетают в виде непрерывного потока почти со скоростью света, а плотностью их такова, что на один квадратный сантиметр поверхности Земли приходится почти 420 миллиардов ударов. Но, поскольку нейтрино взаимодействуют только через слабое ядерное взаимодействие, они проходят через обычную материю практически не взаимодействуя с ней. Это свойство делает их обнаружение и выявление среди следов ядерных распадов очень трудным.

«С этими последними данными относительно нейтрино, мы можем непосредственно наблюдать самый активный и сильный энергопроизводящий процесс у Солнца, который является цепью определенных реакций, протекающих в ее чрезвычайно горячем и плотном ядре. В то время как свет от Солнца, который мы наблюдаем в нашей повседневной жизни, достигает нас приблизительно через восемь минут, для солнечной энергии требуются десятки тысяч лет, чтобы подняться от центра и вырваться в космос в виде света. Сравнивая два различных типа излученной Солнцем энергии (нейтрино и свет, исходящий от поверхности), мы получаем экспериментальную информацию о термодинамическом равновесии Солнца примерно за прошедшие и будущие 100000 лет. Говорят, что глаза — это зеркало души, выходит, что нейтрино — зеркало души Солнца, поскольку изучение этих частиц является единственным для нас способом изучения внутреннего строения Солнца. Нейтрино испускаются в результате протон-протонного цикла, когда да протона создают дейтрон (ядро атома дейтерия или тяжелого водорода) и их очень тяжело изучить. В первую очередь это связано с тем, что они являются частицами сверхнизких энергий, в области, в которой очень сильно распространены шумы радиоактивности, которые глушат собой сигнал взаимодействия нейтрино», — один из ста физиков, принимавших участие в эксперименте.

Нейтрино

Одно из первых наблюдений взаимодействия нейтрино в пузырьковой камере. Источник: Argonne National Laboratory

Один из экспериментов, способных улавливать нейтрино, расположен глубоко под Апеннинами в Италии и назван Borexino (Борексино). Прохождение низкоэнергетических солнечных частиц фиксируется в виде взаимодействия с электронами ультрачистого органического жидкого сцинтиллятора в центре большой сферы, окруженной тысячью тоннами воды. Большая глубина и множество слоев, окружающих ядро, поддерживает благоприятную радиационно-чистую среду, устраняя всевозможные помехи. Этот прибор является единственным на Земле, который способен наблюдать весь спектр солнечного нейтрино одновременно, а всего их существует три типа: электронное нейтрино — вместе с электроном составляет первое поколение лептонов; мюонное нейтрино — второе поколение лептонов в паре с мюоном; тау-нейтрино — вместе с тау-лептоном (таоном) составляет третье поколение лептонов, является последним открытым лептоном. Один тип нейтрино переходит в другой из-за нейтринных осцилляций по мере их движения от Солнца.

Одна из проблем, постоянно стоящих перед Борексино — необходимость постоянно управлять и точно определять количество всего фонового излучения. В связи с этим, органический сцинтиллятор в центре комплекса заполнен жидкостью, подобной бензину, которая получена из очень-очень древней нефти, возраст которой несколько миллионов лет, самой старой на Земле, которую только смогли найти.

«Нам это было просто необходимо, поскольку мы хотим, чтобы весь Углерод-14 (C-14) распался, ну или хотя бы большая его часть, поскольку Углерод-14 претерпевает бета-распад, в результате чего образуется стабильный нуклид с высокой энергией, в результате чего сигналы от нейтрино просто тонут в фоновом шуме излучения. В условиях Борексино в сцинтилляторе присутствует на каждый миллиард миллиардов атомов всего три атома C-14».

Одна из побочных проблем, возникающих в результате всего это эксперимента — явление, при котором два атома Углерода-14 в сцинтилляторе распадаются одновременно (эффект накопления). Подпись этого события очень похожа на подпись протон-протонного цикла, в результате которого и образуется нейтрино. Но ученые смогли решить эту проблему статистической идентификации и научились вычитать эти события из всех остальных данных. Собственно, благодаря этому и стали возможными аналитические наблюдения за процессом образования нейтрино в протон-протонном взаимодействии.

По информации Массачусетского университета.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google