Единственным доступным земному наблюдателю способом изучения термоядерных процессов, определяющих энергетику Солнца, является изучение потоков и энергетических спектров нейтрино. Нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: они без помех вылетают из центра Солнца и достигают Земли, двигаясь со скоростью, близкой к скорости света. Такая малая вероятность взаимодействия делает нейтрино практически невидимыми для приборов — чтобы зарегистрировать хотя бы несколько взаимодействий в день, требуются огромные детекторы с массой в сотни тонн.
Одним из таких детекторов является “Борексино”, использующий для регистрации нейтрино 300 тонн сверхчистого жидкого сцинтиллятора — вещества, излучающего свет при взаимодействии нейтрино с электронами. Слабые световые вспышки регистрируются двумя тысячами специальных фотоэлектронных умножителей — высокочувствительных приборов, способных регистрировать единичные фотоны. Борексино установлен в подземной лаборатории Гран Сассо (Италия) и набирает данные с мая 2007 года. Это единственный детектор, способный регистрировать солнечные нейтрино в режиме реального времени в области энергий до нескольких МэВ. За сутки в “Борексино” наблюдается около 50 нейтринных событий, что является своеобразным рекордом для нейтринных детекторов.
В соответствии с современными астрофизическими моделями, доминирующим источником энергии Солнца является так называемая протон-протонная цепочка реакций, начинающаяся с процесса слияния ядер водорода, в котором 4 ядра водорода превращаются в ядро гелия. Нейтрино от одного из процессов протон-протонной цепочки, а именно pep-реакции, и были зарегистрированы в эксперименте. В pep-реакции два ядра водорода и электрон сливаются в изотоп водорода — дейтерий. При этом испускается нейтрино фиксированной энергии — 1,44 МэВ. Наблюдение нейтрино с этой энергией в измеряемом спектре и позволило сделать вывод о регистрации pep-реакции.
Другая цепочка реакций, протекающих на Солнце, называется углеродно-азотным циклом. В нем тоже образуется гелий из протонов (ядер водорода), при этом углерод служит своеобразным катализатором замкнутого цикла ядерных превращений. Углеродно-азотный цикл дает малый вклад в полную энергию, выделяемую Солнцем, в сравнении с протон-протонной цепочкой, но при массе звезды хотя бы в полтора раза больше солнечной протон-протонная цепочка не вырабатывает достаточно энергии, чтобы удержать звезду от гравитационного коллапса. Для таких звезд включается углеродно-азотный механизм выработки энергии, температура звезды за счет этого повышается до температуры, достаточной для удержания ее в равновесии.
Нейтрино, сопровождающие реакции углеродно-азотного цикла, испускаются с непрерывным энергетическим спектром и не имеют ярко выраженных характерных особенностей, что делает их надежное выделение из суммарного спектра более сложной задачей. “Борексино” пока не удалось достоверно отделить нейтрино из углеродного цикла от других типов нейтрино, но, тем не менее, анализ формы накопленных спектров показал, что их достаточно мало. Установлен новый экспериментальный предел на число нейтрино от углеродно-азотного цикла, который незначительно превышает современные теоретические предсказания.
Международная коллаборация “Борексино” включает в себя научно-исследовательские институты из Германии, Италии, Польши, России, США и Франции. С российской стороны в коллаборации участвуют НИЦ “Курчатовский институт”, НИИЯФ, МГУ, ОИЯИ (Дубна).
По материалам пресс-релиза НИЦ “Курчатовский институт”
Нет комментариев