Физики добрались до солнечного ядра

14.02.2013 Наука и жизнь

Интернациональный коллектив физиков при участии россиян в первый раз нашёл низкоэнергичные солнечные нейтрино и измерил полную энергию, выделяемую термоядерными реакциями в ядре Солнца.

По окончании десятилетий поиска решена важная проблема солнечной физики. Интернациональный коллектив ученых из Европы, России и США, трудящийся в опыте Борексино (Borexino), в первый раз подтвердил существование низкоэнергетичных солнечных нейтрино. Наконец получено прямое подтверждение протекания на Солнце протон-протонной (рр) термоядерной реакции.

Стандартная солнечная модель предвещает, что через квадратный сантиметр на Земле каждую секунду проходит 60 млрд. нейтрино от главной ядерной реакции Солнца. Измеренный экспериментаторами фактический поток составил 66 ± 7 млрд. нейтрино, что замечательно согласуется с теорией. Именно поэтому ученые выполнили измерения энергии отечественного светила в момент её генерации.

Детектор Борексино. Нейлоновая сфера диаметром 8,5 м с сцинтиллирующей жидкостью. (фото Borexino Collaboration) Детектор Борексино.Физики добрались до солнечного ядра Внутренний вид сферы из нержавеющей стали диаметром 13,7 м, на которой установлены 2212 ФЭУ.

Она окружает нейлоновую сферу. (фото Borexino Collaboration) Схема детектора Борексино. (рис. Borexino Collaboration) Слайд коллаборации Борексино, изображающий сущность наблюдения и работы ядра Солнца в настоящем времени. (рис. Borexino Collaboration) Протон-протонный цикл — цепочка термоядерных реакций в звёздах: из водорода образуется дейтерий, позже нестабильный изотоп гелий-3 и в итоге весьма устойчивый изотоп гелий-4.‹ ›

Не обращая внимания на всю важность обнаружения рр нейтрино, направляться подчернуть, что у данной работы имеется еще пара серьёзных результатов. Сейчас ученые взяли возможность посредством нейтрино следить за процессами в ядре Солнца в настоящем времени. Сейчас все измерения солнечной энергии основывались на излучении солнечной фотосферы, другими словами простого солнечного света, что, например, освещает отечественное небо и согревает Почву.

Но энергия, уносимая солнечным светом с поверхности Солнца, была произведена в термоядерных процессах в ядре около 100 000 лет назад. Такова оценка среднего времени, нужного энергии, дабы просочиться из центральных областей Солнца и достигнуть его поверхности. Рожденные в ядре нейтрино, двигаясь с околосветовой скоростью, достигают Почвы уже через 8 мин., снабжая практически мгновенный снимок солнечного ядра.

Энергия Солнца, измеренная по нейтрино, сходится с измеренной по световому излучению. Это обосновывает, что выделение энергии Солнца не изменялось за долгий период времени порядка 100 000 лет.

Результаты и созданные на протяжении изучений способы в будущем будут использованы для изучения самих нейтрино. на данный момент Борексино может измерять поток низкоэнергетических нейтрино с точностью 10 процентов. В ближайшие 4 года ученые желают продолжить изучения, улучшив на порядок точность измерений, доведя ее до 1 процентов.

Быть может, это разрешит продвинуться в отыскивании новой физики.

Результаты размещены в статье в респектабельном научном издании Nature.

От России в работах принимали участие учёные Национального исследовательского центра «Курчатовский Университет», Петербургского университета ядерной физики им. В.П. Константинова, Объединённого университета ядерных изучений, НИИ ядерной физики имени Д.В.

Скобельцына МГУ и университета «Столичный инженерно-физический университет».

СПРАВКА

По современным представлениям энергия Солнца появляется в его весьма тёплом и плотном ядре в следствии последовательности термоядерных реакций, каковые каждую секунду преобразуют более 600 млн тысячь киллограм водорода в гелий. Наряду с этим около 4 млн тысячь киллограм вещества преобразовывается в лучистую энергию и нейтрино.

 

Данный многоступенчатый процесс стартует с так называемой протон-протонной (рр) реакции, в то время, когда два протона сливаются совместно, образуя дейтерий, тяжелый изотоп водорода с ядром из одного протона и одного нейтрона. Один из протонов наряду с этим преобразовывается в нейтрон. Данный процесс, сопровождающийся рождением нейтрино и позитрона, порождает 99 процентов всей энергии Солнца и практически целый поток солнечных нейтрино.

Вклад вторичных реакций намного меньше.

В случае если позитроны скоро гибнут в ядре при сотрудничестве с электронами, то нейтрино благодаря собственному неповторимому свойству весьма слабо взаимодействовать с веществом легко проходят через толщу солнечного вещества и достигают Почвы. Как раз исходя из этого регистрация на Земле соответствующего количества нейтрино обязана подтвердить правильность отечественных представлений о реакциях, протекающих в ядре Солнца, недоступных никаким вторым наблюдениям.

Но в рр реакции рождаются нейтрино с низкой энергией, что очень сильно затрудняет их обнаружение. Их тяжело отличить от нейтрино, рождаемых в радиоактивных распадах на Земле. Исходя из этого, не обращая внимания на то, что опыты по изучению солнечных нейтрино ведутся уже практически 50 лет, они ускользали от яркого обнаружения.

Высокоэнергичные нейтрино от вторичных реакций регистрировались, подтверждая справедливость представлений ученых о процессах в ядре Солнца, но тут появилась вторая неприятность, которая стала называться «недостаток солнечных нейтрино». Опыты, каковые проводятся с 1960-х годов, регистрировали в несколько раз меньшее число солнечных нейтрино, чем предвещает теория. Это на 30 лет стало одной из основных тайных солнечной физики.

Эта неприятность была решена в последнее десятилетие, в то время, когда физики доказали возможность превращения одних видов нейтрино в другие, именуемого осцилляциями нейтрино (всего существует три типа нейтрино: электронное, мюонное и таонное). Так, ответ тайной было в том, что электронные нейтрино, каковые рождаются Солнцем, на пути к Почва преобразовываются в другие типы, каковые в опытах не искали.

Решена еще одна неприятность.

Детектор Борексино установлен на глубине 1,4 км в подземной лаборатории Гран Сассо Национального университета ядерной физики Италии (INFN). Его ядром есть нейлоновая сфера диаметром 8,5 м, содержащая 278 тысячь киллограм ультрачистой бензолоподобной жидкости, которая испускает вспышки света при столкновении нейтрино с электроном.

Жидкость взята из нефти, и одной из самых громадных неприятностей было ее спасение от содержащегося в нефти радиоактивного углерода-14, распад которого может скрыть сигнал от нейтрино. В то время, когда углерод-14 распадается, он испускает электрон, что формирует вспышку света, весьма похожую на сигнал от нейтрино. Дабы свести к минимуму эту проблему, жидкость приобретали из так старой нефти, что большинство неспокойного изотопа углерода уже распалась.

Исследователи кроме этого изобрели новый метод подсчета событий, дабы отсеять фальшивые вспышки.

Детектор окружен 889 тоннами не дающей вспышек воды, помещенной в многослойный защитный кокон, что предохраняет сосуд от паразитного излучения. Высокую точность опыта снабжают  2212 световых детекторов (фотоэлектронных умножителей, ФЭУ), каковые улавливают свет от вспышек.

Природа нейтрино, разрешающая им свободно ускользать из центра Солнца, иначе, формирует очень непростые неприятности их детектирования тут, на Земле, которые связаны с созданием больших детекторов для регистрации всего лишь нескольких событий. Регистрация рр-нейтрино — тяжёлая задача еще и из-за их маленькой энергии, самой низкой среди солнечных нейтрино и лежащей в области большого природного фона. В опыте Борексино был достигнут беспрецедентно низкий уровень фона, что дал неповторимую возможность выполнить такие измерения.

По материлам НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ,  «Nature»

 

Создатель: Алексей Понятов

Источник: www.nkj.ru

Случайные записи:

Миф о ядре внутри Земли


Похожие статьи, которые вам понравятся: