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检测到“幽灵般”的粒子证明了助推太阳的二次聚变过程

时间：2022-05-30 14:25:05 来源：

Borexino的研究小组还成功地从太阳的第二次聚变过程中首次检测到了中微子，即碳氮氧循环（CNO循环）。

Borexino实验研究小组成功地从太阳的第二个聚变过程，即碳氮氧循环（CNO循环）中成功检测到了中微子。这意味着所有关于在太阳内如何产生能量的理论预测现在也已通过实验验证。这些发现是多年来致力于控制CNO中微子能量范围的背景源的结果。

太阳通过氢与氦的融合产生能量。这有两种发生方式：大部分能量（约99％）来自聚变和衰变过程，该过程以两个氢核开始，以一个氦核结束。此过程称为pp（质子-质子）链。

其余的能量来自一个循环，在该循环中，总共四个氢核最终借助碳，氮和氧作为催化剂和中间产物而结合在一起，形成一个氦核。在比我们的太阳还大的恒星中，由于碳，氮和氧的参与，第二个过程（称为CNO过程）产生了大部分能量。

Borexino探测器的内部视图，科学家现在已经用它测量了太阳两个聚变过程中的中微子。

物理学家汉斯·贝特（Hans Bethe）和卡尔·弗里德里希·冯·魏兹萨克（Carl Friedrich vonWeizsäcker）相互独立地假设第二个循环是1930年代太阳的另一能量来源，但直到现在还不能通过实验证实。

现在，在意大利格兰萨索地块下方深处的地下实验室中进行Borexino实验的物理学家，已经首次成功地根据其产生的中微子证明了该循环的存在。

几年前，Borexino团队首次提出了利用中微子对pp链融合过程进行全面研究的方法。慕尼黑工业大学（TUM）物理系的科学家集中参与了这两种测量过程。

Borexino实验研究小组成功地从太阳的第二个聚变过程，即碳氮氧循环（CNO循环）中成功检测到了中微子。

由于它们的能量分布，CNO循环的中微子很难与其他微量元素的放射性衰变产生的中微子区分开。主要是探测器壁表面上的痕量杂质产生的铋210掩盖了CNO循环的信号。

由于对流运动，这些污染物进入了检测器液体。为了消除干扰，必须停止Borexino检测器内部的对流，这在技术上非常复杂。

“很长一段时间以来，我认为永远无法成功进行这种测量，”慕尼黑工业大学实验天体物理学教授StefanSchönert说。“但是六年的努力取得了回报，现在我们已经首次证明了CNO中微子信号的存在。”

关于太阳金属性的新证据

这些结果不仅证实了关于太阳的两个聚变过程的理论预测，而且还提供了有关太阳金属性（即，原子核的浓度水平比氢和氦重）的证据。

在过去的几年中，不同的天体调查方法产生了不同的结果。TUM的Lothar Oberauer教授说：“新的Borexino结果现在支持具有更高金属度值的观测。”

这在恒星的基本属性（例如其大小，温度，亮度和寿命）的背景下尤其重要，而恒星的基本属性取决于金属的程度。因此，了解太阳的化学组成对于了解所有恒星的性质至关重要。

有关此研究的更多信息：

中微子产生宇宙CNO能量产生机理的第一个实验证据理解我们太阳的大型地下“鬼粒子”探测器的“氢燃烧”能力是我们太阳聚变周期的最终秘密

参考：Borexino协作组织于2020年11月25日在Nature.DOI上发表的“太阳在CNO聚变循环中产生中微子的实验证据”。
10.1038 / s41586-020-2934-0

资金：俄罗斯国家科学基金会（INFN），美国国家科学基金会（NSF），德国科学基金会（DFG）和德国赫尔姆霍茨-Gemeinschaft（HGF），俄罗斯基础研究基金会（RFBR）。


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