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中微子实验完美收官!科学家破解太阳核聚变的所有方式
2020-06-30 08:28  点击数:

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来历:ESA/NASA

经过捕捉恒星中心宣布的ag88环亚娱中微子,物理学家总算了解到核聚变为太阳供给能量的最终一个缺失环节。

这次勘探证明晰科学家们几十年来的理论猜想——即太阳的部分能量是由碳和氮核的一系列反响发生的。这个进程将4个质子聚组成一个氦原子核,释放出2个中微子(已知物质中最轻的根本粒子),以及其他亚原子粒子和很多的能量。这种碳氮(CN)反响并不是太阳仅有的聚变方法,它发生的能量还不到太阳能量的1%,但科学家们以为它是较大恒星的首要能量来历方法。

俄亥俄州立大学哥伦布分校的天体物理学家Marc Pinsonneault说:“能够证明恒星结构理论的一个根本猜想真是充满了才智的美丽。”

6月23日,在虚拟中微子2020会议上,意大利中部的Borexino地下试验报告了这一没有经过同行评定的发现。

该试验此前从前初次直接勘探到中微子,这些中微子来自一个独自反响的三个不同进程,而这个反响占了太阳核聚变的大部分。意大利米兰大学的物理学家Gioacchino Ranucci是Borexino的联合发言人,他展现了这个研讨成果,并标明:“有了这个成果,Borexino现已彻底说明晰为太阳供给能量的两个进程。”

这些发现是Borexino的最终一个里程碑,该试验仍在收集数据,但现在或许现已注定会在一年内封闭。该试验的另一位联合发言人、意大利热那亚大学的马可?帕拉维西尼(Marco Pallavicini)说:“咱们以一个惊人的发现完毕了试验。”

气球勘探器

Borexino太阳中微子试验坐落Gran Sasso国家试验室的地下,深度超越1公里,从2007年开端,Borexino太阳中微子试验就现已开端在这里运转。勘探器由一个巨大的尼龙气球组成,气球里边装满了278吨的液态碳氢化合物,而且浸没在水中。绝大多数来自太阳的中微子会以直线的方法穿过地球,但有一小部分中微子遇到碳氢化合物的时分会跟氢发生反响,生成一个正电子和一个中子,并发生亮光,水箱中排列有许多光子传感器来捕捉这些亮光。

来自太阳碳氮反响链的中微子相对较少,因为它只占太阳聚变的一小部分。此外,CN中微子也很容易与铋-210放射性衰变发生的中微子混杂。铋-210是一种同位素,这种同位素会从气球的尼龙走漏到碳氢化合物混合物中。

尽管这种污染的浓度极低(在Borexino内每天最多衰变几十个铋原子核),但从铋噪音中别离出太阳信号需要从2014年就开端艰苦尽力。咱们无法阻挠铋-210从气球中走漏出来,所以咱们的方针是减慢元素渗透到液体中的速度,一起疏忽外部边际的任何信号。为了做到这一点,研讨小组有必要操控整个容器呈现的一切温度不平衡,因为这种不平衡会发生对流,加快容器内物质的混合。“液体有必要十分要停止,每月最多移动零点几厘米,”Pallavicini说。

为了使碳氢化合物坚持稳定、均匀的温度,研讨人员将整个水箱包裹在隔热毯中,并装置热交换器来自动平衡整个燃料箱的温度。然后,他们就开端了绵长的等候。直到2019年,铋的噪音变得满足安静之后,中微子信号才凸显了出来。到2020年头,研讨人员总算收集到满足的粒子,能够声称试验发现了从CN核聚变链中勘探到的中微子。

西班牙巴塞罗那空间科学研讨所的天体物理学家阿尔多·塞雷利(Aldo Serenelli)说:“这是首个证明氢经过碳氮反响在恒星中焚烧的真实直接依据。所以这真的很奇特。”

太阳外表的猜想

对CN中微子的勘探不只证明晰有关太阳能量来历的理论猜想,还能够说明太阳中心的结构——特别是被天体物理学家称为金属元素(任何比氢和氦重的元素)的浓度。

Borexino试验观测到的中微子数量好像与规范模型的共同,在规范模型中,太阳中心与外表的“金属丰度”类似。可是Serenelli说,更多最新的研讨现已开端质疑这一个假定。

这些研讨标明太阳的金属丰度较低。因为这些元素会调理热量从太阳中心分散的速度,这意味着研讨以为太阳中心的温度比之前的估量略低。中微子的发生对温度极端灵敏,从总体上看,Borexino试验观测到的不同数量的中微子好像与旧的金属丰度值共同,Serenelli说。

他和其他天体物理学家提出了一种或许的解说,以为太阳中心的金属丰度要高于外层。它的组成能够提醒更多关于太阳生命前期阶段的信息。(在太阳生命的前期阶段,行星还没有构成,而行星的构成会带走一些积累在年青恒星上的金属。)

【编译/前瞻经济学人APP资讯组】

参考资料:https://www.scientificamerican.com/article/neutrinos-reveal-final-secret-of-suns-nuclear-fusion/

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