Обнаружены первые зарегистрированные нейтрино, образованные в цикле CNO при термоядерных реакциях

Новости МирТесен

Благодаря нейтринному детектора Borexino удалось зафиксировать нейтрино, образующиеся в недрах Солнца в результате нестандартных термоядерных процессов, свойственных звёздам большей массы.

На итальянском детекторе нейтрино Borexino работает Это стало результатом усилий обширной международной группы исследователей, среди которых значительное число специалистов из России. Основная цель проекта, стартовавшего в 2007 году, заключалась в выявлении нейтрино, образующихся при протон-протонного цикла — ключевого процесса термоядерного синтеза, благодаря которому на Солнце происходит слияние ядер водорода в гелий с высвобождением примерно 99% всей энергии, излучаемой звездой.

Важные открытия были сделаны в начале 2010-х годов, и в 2020 году планировалось завершить проект. Однако недавнее открытие, сделанное в рамках сотрудничества Borexino сообщает в журнале Nature, что, вероятно, станет причиной продолжения его эксплуатации. В этот раз ученым удалось зафиксировать сигнал нейтрино CNO-цикла, открывает возможность альтернативного механизма слияния водорода, где задействованы атомы углерода, азота и кислорода. В звездах, подобных нашему Солнцу, данный процесс имеет второстепенное значение, но в более крупных небесных телах он играет ведущую роль.

В ходе этих реакций атомы углерода, азота и кислорода, являясь «тяжелыми» элементами, выступают в роли катализаторов, а нейтрино с определенными характеристиками образуются как побочные продукты. Эти сверхлегкие частицы практически не взаимодействуют с материей, и хотя Солнце непрерывно излучает потоки нейтрино, большая их часть свободно проходит сквозь наше тело и через всю Землю.

Нейтринные детекторы фиксируют лишь крайне редкие случаи взаимодействия с обычными частицами, сопровождающиеся кратковременным излучением света. В установке Borexino применяется 300 тонн жидкого сцинтиллятора, окруженного несколькими защитными слоями и оснащенного системой из более чем двух тысяч фотоумножителей. Анализ отдельных явлений позволяет аккумулировать данные и все точнее отделять полезный сигнал от нежелательных помех. Благодаря регистрации нейтрино CNO-цикла, существует вероятность продления срока эксплуатации Borexino для получения достаточного количества информации.

Ключевым параметром любого небесного светила является его металличность — это концентрация компонентов, превосходящих по массе водород и гелий. Именно она определяет особенности протекающих в недрах термоядерных процессов и дальнейшее развитие звезды. Тем не менее, измеренное по спектральному анализу излучения с поверхности Солнца значение металличности существенно отличается от данных о составе внутренних областей, полученных посредством косвенных методов, например, астросейсмологических исследований.

Скорость протекания CNO-цикла в недрах Солнца может быть использована для оценки содержания тяжелых элементов. Для этого требуется сбор большего объема информации и регистрация трудноуловимых нейтрино. В связи с этим ученые планируют решили продолжить функционирование проекта Borexino до 2021 года, а при благоприятных условиях — и до 2022-го.