Borexino Collaboration Wykrywa pep Neutrinos

Pin
Send
Share
Send

Fizyka neutrin słonecznych ucichła w ciągu ostatniej dekady. Chociaż trudne do wykrycia, zapewniają najbardziej bezpośrednią sondę rdzenia słonecznego. Gdy astronomowie nauczyli się je wykrywać i rozwiązać problem neutrina słonecznego, byli w stanie potwierdzić swoją wiedzę na temat głównej reakcji jądrowej, która zasila słońce, reakcji proton-proton (pp). Ale teraz astronomowie po raz pierwszy wykryli neutrina innej, znacznie rzadszej reakcji jądrowej, reakcji proton-elektron-proton (pep).

W dowolnym momencie kilka oddzielnych procesów syntezy jądrowej przekształca wodór Słońca w hel, tworząc energię jako produkt uboczny. Główna reakcja wymaga utworzenia deuteru (wodoru z dodatkowym neutronem w jądrze) jako pierwszego kroku w szeregu zdarzeń prowadzących do powstania stabilnego helu. Zazwyczaj odbywa się to przez połączenie dwóch protonów, które wyrzucają pozyton, neutrino i foton. Jednak fizycy jądrowi przewidzieli alternatywną metodę tworzenia niezbędnego deuteru. W nim proton i elektron łączą się najpierw, tworząc neutron i neutrino, a następnie łączą się z drugim protonem. Na podstawie modeli słonecznych przewidzieli, że tylko 0,23% całego Deuteru powstanie w wyniku tego procesu. Biorąc pod uwagę już nieuchwytną naturę neutrin, zmniejszone tempo produkcji sprawiło, że neutrina pep są jeszcze trudniejsze do wykrycia.

Chociaż mogą być trudne do wykrycia, neutrina pep można łatwo odróżnić od neutrin powstałych w wyniku reakcji pp. Kluczową różnicą jest energia, którą niosą. Neutrina z reakcji pp mają zakres energii do maksymalnie 0,42 MeV, podczas gdy neutrina pep mają bardzo wybraną 1,44 MeV.

Aby jednak wybrać te neutrina, zespół musiał dokładnie wyczyścić dane sygnałów z kosmicznych uderzeń promieni, które tworzą miony, które mogłyby następnie oddziaływać z węglem wewnątrz detektora, aby wygenerować neutrino o podobnej energii, która może stworzyć fałszywie dodatni. Ponadto proces ten stworzyłby również wolny neutron. Aby je wyeliminować, zespół odrzucił wszystkie sygnały neutrin, które pojawiły się w krótkim czasie od wykrycia wolnego neutronu. Ogólnie rzecz biorąc, oznaczało to, że detektor otrzymywał 4300 mionów przechodzących przez niego dziennie, co generowałoby 27 neutronów na 100 ton detektora cieczy i podobnie 27 fałszywie dodatnich wyników.

Usuwając te detekcje, zespół nadal znalazł sygnał neutrin o odpowiedniej energii i wykorzystał to do oszacowania całkowitej ilości neutrin pep przepływających przez każdy centymetr kwadratowy na około 1,6 miliarda na sekundę, co, jak zauważają, jest zgodne z poczynionymi prognozami według standardowego modelu stosowanego do opisywania wewnętrznych działań Słońca.

Oprócz dalszego potwierdzania zrozumienia przez astronomów procesów zasilających Słońce, odkrycie to ogranicza także inny proces syntezy jądrowej, cykl CNO. Chociaż oczekuje się, że proces ten będzie niewielki na Słońcu (wytwarzając jedynie ~ 2% całego wyprodukowanego helu), oczekuje się, że będzie on bardziej wydajny w cieplejszych, masywniejszych gwiazdach i będzie dominował w gwiazdach o 50% większej masie niż Słońce. Lepsze zrozumienie granic tego procesu pomogłoby astronomom wyjaśnić, w jaki sposób działają te gwiazdy.

Pin
Send
Share
Send