Впервые в истории пойманы загадочные частицы Солнца

Международная группа физиков впервые обнаружила редкие солнечные нейтрино, которые возникают в результате одной из разновидностей термоядерных реакций превращения водорода в гелий. Частицы, который были пойманы детектором Borexino в Национальной лаборатории Гран-Сассо (Италия), должны помочь разрешить загадку металличности Солнца. Свои выводы исследователи представили на виртуальной конференции Neutrino 220.

Согласно теории, солнечные нейтрино должны возникать в результате протон-протонного цикла и CNO-цикла. В первом случае четыре протона водорода сливаются, образуя гелий, и на этот цикл приходится почти вся выделяемая Солнцем энергия (более 99 процентов). Во втором сценарии, который доминирует в очень массивных звездах, в термоядерной реакции участвуют ядра атомов углерода, азота и кислорода. До сих пор физики находили только те нейтрино, что образуются как побочный продукт протон-протонного цикла, пока другие оставались неуловимыми.

Нейтрино CNO-цикла зафиксировали с помощью установки, представляющей собой стальную сферу, заполненную 280 тоннами жидкого сцинтиллятора, то есть веществом, способным излучать свет при столкновении с частицами. Вспышки света улавливают несколько тысяч фотоумножителей, установленных на внутренней поверхности сферы. Хотя каждую секунду через квадратный сантиметр проходят десятки миллиардов нейтрино, внутри сферы в день регистрируется лишь несколько десятков событий взаимодействия нейтрино с жидкостью.

По интенсивности потока нейтрино и их энергии можно определить породившую их ядерную реакцию. Главная проблема заключалась в том, чтобы отличить нейтрино, возникающие в CNO-цикле, от тех частиц, что порождаются следовыми количествами изотопов висмута-210, распадающегося с образованием полония-210. Висмут, в свою очередь, возникает при распаде изотопов свинца, содержащихся на внутренней поверхности сосуда. Полоний просачивался в жидкость и распространялся в ней из-за теплового перемешивания, что затрудняло количественную оценку вклада висмута в нейтринный сигнал. Ученые установили специальные теплоизолирующие экраны, чтобы предотвратить конвекцию сцинтиллятора внутри сферы,и следили за стабилизацией жидкости в течение нескольких лет. Лишь после этого удалось отделить друг от друга нейтринные сигналы, источниками которых служил как висмут, так и CNO-цикл.

Результаты эксперимента показали, что ежесекундно через квадратный сантиметр поверхности Земли проходит 700 миллионов нейтрино CNO-цикла. Открытие этих нейтрино поможет ученым точно определить металличность поверхности Солнца, то есть содержание элементов тяжелее гелия. Значения, полученные в предыдущих исследованиях, отличаются друг от друга на целых 28 процентов.