Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с солнечных нейтрино )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Солнечные нейтрино ( протон-протонная цепочка ) в Стандартной модели Солнца.

Электронные нейтрино производятся на Солнце в результате ядерного синтеза . Солнечные нейтрино представляют собой самый крупный поток нейтрино из природных источников , наблюдаемых на Земле, по сравнению, например , с атмосферными или сверхновой нейтрино или диффузное сверхновой нейтрино фоне . [1]

Производственные механизмы [ править ]

Генерация солнечного нейтрино

Солнечные нейтрино образуются в ядре Солнца в результате различных реакций ядерного синтеза , каждая из которых происходит с определенной скоростью и приводит к собственному спектру энергий нейтрино. Подробности наиболее заметных из этих реакций описаны ниже.

Основной вклад вносит протон-протонная реакция . Реакция такая:

или словами:

два протона дейтрон + позитрон + электронное нейтрино .

Из всех солнечных нейтрино примерно 91% образуются в результате этой реакции. [2] Как показано на рисунке, озаглавленном «Солнечные нейтрино (протон-протонная цепочка) в Стандартной модели Солнца», дейтрон будет сливаться с другим протоном, образуя ядро 3 He и гамма-луч. Эту реакцию можно увидеть как:

Изотоп 4 He можно получить, используя 3 He в предыдущей реакции, которая показана ниже.

Теперь, когда в окружающей среде находятся гелий-3 и гелий-4 , одно ядро ​​гелия каждого веса может сливаться с образованием бериллия:

На этом этапе бериллий-7 может следовать двумя разными путями: он мог бы захватить электрон и произвести более стабильное ядро лития-7 и электронное нейтрино, или, альтернативно, он мог бы захватить один из многочисленных протонов, который создал бы бор-8 . Первая реакция через литий-7:

Эта реакция с образованием лития производит примерно 7% солнечных нейтрино. [2] Получающийся в результате литий-7 позже соединяется с протоном, чтобы произвести два ядра гелия-4. Альтернативной реакцией является захват протона, при котором образуется бор-8, который затем бета + распадается на бериллий-8, как показано ниже:

Эта альтернативная реакция с образованием бора производит около 0,02% солнечных нейтрино; Хотя эти редкие солнечные нейтрино настолько малочисленны, что ими обычно пренебрегают, они выделяются своей более высокой средней энергией. Звездочка (*) на ядре бериллия-8 указывает на то, что оно находится в возбужденном нестабильном состоянии. Возбужденное ядро ​​бериллия-8 затем распадается на два ядра гелия-4: [3]

Наблюдаемые данные [ править ]

Наибольшее количество солнечных нейтрино - прямые продукты протон-протонной реакции (высокая синяя кривая слева). У них низкая энергия - всего до 400 кэВ. Есть несколько других важных механизмов производства с энергиями до 18 МэВ. [4]

Наибольший поток солнечных нейтрино возникает непосредственно в результате протон-протонного взаимодействия и имеет низкую энергию, до 400 кэВ. Есть также несколько других важных механизмов производства с энергиями до 18 МэВ. [4] Поток нейтрино с Земли составляет около 7 · 10 10  частиц · см −2 · с −1 . [5] Число нейтрино можно с большой уверенностью предсказать с помощью Стандартной солнечной модели . Однако количество электронных нейтрино, зарегистрированных на Земле, было всего лишь1/3предсказанного числа, и это было известно как « проблема солнечных нейтрино ».

Отсутствие электронных нейтрино и тот факт, что это один из трех известных типов нейтрино, в конечном итоге натолкнуло на идею осцилляции нейтрино и того факта, что нейтрино могут менять аромат. Это было подтверждено, когда был измерен полный поток солнечных нейтрино всех типов, и он соответствовал более ранним предсказаниям ожидаемого потока только электронных нейтрино, как это было замечено нейтринной обсерваторией Садбери.. Тот факт, что электронные нейтрино могут спонтанно изменяться при полете через пустое пространство, также подтвердил, что нейтрино должны иметь массу. Солнечные модели дополнительно предсказывают место в ядре Солнца, откуда должны исходить солнечные нейтрино, в зависимости от реакции ядерного синтеза, которая приводит к их образованию. Будущие детекторы нейтрино смогут определять направление движения этих нейтрино с достаточной точностью, чтобы измерить этот эффект. [6]

Теоретические кривые вероятности выживания солнечных нейтрино, приходящих днем ​​(оранжевый, непрерывный) или ночью (фиолетовый, пунктир), в зависимости от энергии нейтрино. Также показаны четыре значения энергии нейтрино, при которых были выполнены измерения, соответствующие четырем различным ветвям протон-протонной цепи.

Энергетический спектр солнечных нейтрино также предсказывается солнечными моделями. [7] Очень важно знать этот энергетический спектр, потому что разные эксперименты по обнаружению нейтрино чувствительны к разным диапазонам энергий нейтрино. В эксперименте « Хоумстейк» использовался хлор, и он был наиболее чувствителен к солнечным нейтрино, образующимся при распаде изотопа бериллия 7 Be. Садбери нейтринная обсерватория является наиболее чувствительной к солнечным нейтрино от 8 В. детекторов, использование галлийнаиболее чувствительны к солнечным нейтрино, образующимся в процессе протон-протонной цепной реакции, однако отдельно наблюдать этот вклад им не удалось. Наблюдение нейтрино от основной реакции этой цепи, протон-протонного слияния в дейтерии, было впервые осуществлено Borexino в 2014 году. В 2012 году это же коллаборация сообщила об обнаружении низкоэнергетических нейтрино для протон-электрон-протон ( pep реакция ), которая производит 1 из 400 ядер дейтерия на Солнце. [8] [9] Детектор содержал 100 метрических тонн жидкости и регистрировал в среднем 3 события каждый день (из-за образования 11 C ) от этого относительно необычного термоядерногореакция. В 2014 году Borexino сообщил об успешном прямом обнаружении нейтрино от pp-реакции со скоростью 144 ± 33 / день, что соответствует прогнозируемой скорости 131 ± 2 / день, которая ожидалась на основе предсказания Стандартной модели Солнца, что pp-реакция -реакция генерирует 99% светимости Солнца и их анализ эффективности детектора. [10] [11] А в 2020 году Borexino сообщил о первом обнаружении нейтрино цикла CNO из глубины ядра Солнца. [12]

Обратите внимание, что Borexino измерял нейтрино нескольких энергий; таким образом они впервые экспериментально продемонстрировали характер осцилляций солнечных нейтрино, предсказываемых теорией. Нейтрино могут запускать ядерные реакции. Посмотрев на древние руды разного возраста, которые подвергались воздействию солнечных нейтрино в течение геологического времени, можно будет исследовать светимость Солнца с течением времени [13], которая, согласно Стандартной солнечной модели , изменилась на протяжении эонов. поскольку (в настоящее время) инертный побочный продукт гелий накопился в его ядре.

См. Также [ править ]

  • Колебания нейтрино
  • Проблема солнечных нейтрино
  • Детектор нейтрино
  • Колебания нейтральной частицы
  • Установка солнечных нейтрино
  • Звездный нуклеосинтез

Ссылки [ править ]

  1. ^ Billard, J .; Стригари, Л .; Фигероа-Феличиано, Э. (2014). «Влияние нейтринного фона на возможности экспериментов по прямому обнаружению темной материи следующего поколения». Phys. Rev. D . 89 (2): 023524. arXiv : 1307.5458 . Bibcode : 2014PhRvD..89b3524B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.89.023524 .
  2. ^ а б https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/835/2/202
  3. ^ Grupen, Claus (2005). Физика астрономических частиц . Springer. ISBN 978-3-540-25312-9.[ требуется страница ]
  4. ^ a b Беллерив, А. (2004). «Обзор экспериментов с солнечными нейтрино». Международный журнал современной физики А . 19 (8): 1167–1179. arXiv : hep-ex / 0312045 . Bibcode : 2004IJMPA..19.1167B . DOI : 10.1142 / S0217751X04019093 .
  5. ^ Grupen 2005 , стр. 95
  6. ^ Дэвис, Джонатан Х. (2016). «Проекции для измерения размеров ядра Солнца при нейтринно-электронном рассеянии». Письма с физическим обзором . 117 (21): 211101. arXiv : 1606.02558 . Bibcode : 2016PhRvL.117u1101D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.117.211101 . PMID 27911522 . 
  7. ^ "Панорамы солнечных нейтрино" . www.sns.ias.edu .
  8. ^ Беллини, G .; и другие. (2012). «Первое свидетельство пептидных солнечных нейтрино путем прямого обнаружения в Борексино». Письма с физическим обзором . 108 (5): 051302. arXiv : 1110.3230 . Bibcode : 2012PhRvL.108e1302B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.108.051302 . PMID 22400925 . 051302. . 6 страниц; препринт на arXiv
  9. ^ Witze, Александра (10 марта 2012). «Обнаружены неуловимые солнечные нейтрино, обнаружение дает больше информации о реакции, которая приводит в действие Солнце». Новости науки . Vol. 181 нет. 5. п. 14. DOI : 10.1002 / scin.5591810516 .
  10. ^ Борексино сотрудничество (27 августа 2014). «Нейтрино от процесса первичного протон-протонного синтеза на Солнце». Природа . 512 (7515): 383–386. Bibcode : 2014Natur.512..383B . DOI : 10,1038 / природа13702 . PMID 25164748 . S2CID 205240340 .  
  11. ^ «Borexino измеряет энергию Солнца в реальном времени» . ЦЕРН КУРЬЕР . Проверено 20 октября 2014 года .
  12. ^ Agostini, M .; Altenmüller, K .; Appel, S .; Атрощенко, В .; Багдасарян, З .; Basilico, D .; Bellini, G .; Benziger, J .; Biondi, R .; Браво, Д .; Каччанига, Б. (ноябрь 2020 г.). «Экспериментальные доказательства нейтрино, произведенных в цикле синтеза CNO на Солнце» . Природа . 587 (7835): 577–582. Bibcode : 2020Natur.587..577B . DOI : 10.1038 / s41586-020-2934-0 . ISSN 1476-4687 . PMID 33239797 .  
  13. ^ Haxton, WC (1990). «Предлагаемый нейтринный монитор длительного солнечного горения». Письма с физическим обзором . 65 (7): 809–812. Bibcode : 1990PhRvL..65..809H . DOI : 10.1103 / physrevlett.65.809 . PMID 10043028 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Haxton, WC ; Хэмиш Робертсон, RG ; Серенелли, Альдо М. (18 августа 2013 г.). «Солнечные нейтрино: состояние и перспективы». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 51 (1): 21–61. arXiv : 1208,5723 . Bibcode : 2013ARA & A..51 ... 21H . CiteSeerX  10.1.1.755.6940 . DOI : 10.1146 / annurev-astro-081811-125539 . CS1 maint: discouraged parameter (link)