科学家首次探测到追踪到太阳内部CNO循环的中微子

在周三发表在《自然》杂志上的研究中，科学家们报告说，他们已经首次发现了中微子几乎是醚的颗粒，这种颗粒可以追溯到太阳内部的碳-氮-氧融合，即CNO循环。

这是一个具有里程碑意义的发现，证实了1930年代的理论预测，被誉为新千年物理学中最伟大的发现之一。

意大利国家核物理研究所（INFN）的Gioacchino Ranucci说：“这确实是太阳和恒星物理的突破，”该项目自1990年开始以来一直是该项目的研究人员之一。

科学家在位于意大利中部的INFN的Gran Sasso粒子物理实验室使用了超灵敏的Borexino探测器，该实验室是世界上最大的地下研究中心，位于罗马东北约65英里的亚平宁山脉下方。

这项探测以硼砂研究为例，结束了数十年来对太阳中微子的研究，并首次揭示了大多数恒星将氢融合成氦的主要核反应。

几乎所有的恒星，包括我们的太阳，都通过将氢融合到氦中而释放出大量能量，这实际上是“燃烧”氢的一种方式，氢是宇宙中最简单和最丰富的元素，也是主要的燃料来源。

在太阳的情况下，其99％的能量来自质子-质子聚变，可以将铍，锂和硼分解成氦。

但是宇宙中的许多恒星都比我们的太阳大得多：例如，巨大的红色巨人Betelgeuse的质量大约是其20倍，而宽度则是其700倍。

大恒星的温度也高得多，这意味着它们由CNO聚变以压倒性的力量驱动，CNO聚变是通过碳，氮和氧之间无限循环的原子核将氢融合到氦中的。

科学家计算得出，CNO循环是宇宙融合的主要类型。但是很难在我们相对凉爽的阳光下发现它仅占其能量的1％。

巨大的Borexino探测器寻找在太阳核心的核聚变过程中释放出的中微子。

中微子几乎不与任何物质发生相互作用，因此它们是研究遥远核反应的理想选择-但它们也极难被发现。

来自太阳的成千上万的中微子每秒都通过Borexino检测器，但是它每天在暗淡的300吨水箱中衰减时寻找微弱的闪光，因此每天只能检测出数十个中微子。

拉努奇说，Borexino探测器已经花费了数十年的时间来测量太阳主要质子-质子链反应中的中微子，但是要探测其CNO中微子却非常困难-一天中只能发现大约7个具有CNO循环能量的中微子。

他说，这一发现需要使探测器在过去五年中变得更加敏感，方法是将其与外部放射源屏蔽，以使探测器的内腔成为地球上最无辐射的地方。

结果是在任何地方都看不到的CNO融合的唯一直接迹象：“这是CNO循环在太阳和恒星中起作用的第一个证据，” Ranucci说。

加州大学伯克利分校的粒子物理学家Gabriel Orebi Gann称这项发现为“重大里程碑”。

她说：“这一发现使我们更进一步了解太阳核心的组成和重星的形成。”

Orebi Gann是《自然》杂志上有关这项新研究的科学文章的作者，但她并未参与这项研究。

她说，中微子是在核反应中自然产生的，并通过大多数物质而没有任何影响，因此它们可用于探测否则无法到达的宇宙区域。

因此，包括中南极的IceCube天文台和日本的Super-Kamiokande探测器在内，数个中微子探测器正在黑暗中监视它们在世界范围内的短暂转瞬即逝。

从理论上讲，来自“大爆炸”的中微子可以解释宇宙中某些神秘的“暗物质”-围绕恒星和星系的巨大看不见的光晕，约占其质量的四分之一。

奥雷比·甘恩（Orebi Gann）说，中微子及其反粒子之间的不对称性也可以解释我们宇宙中反物质的明显缺乏及其在正常物质中的主导地位-换句话说，这就是为什么这里根本没有任何东西，而不是绝对没有。