W Borexino odnotowano neutrino pp
Gdy głęboko we wnętrzu Słońca dochodzi do połączenia się protonów w pary, powstają cięższe atomy, a w czasie tego procesu emitowane są m.in. neutrina. Naukowcy sądzą, że taka reakcja to pierwszy krok całego ciągu wydarzeń, w wyniku których Słońce produkuje 99% energii. Dotychczas jednak nie znaleziono bezpośrednich dowodów na to, by przypuszczenia takie były prawdziwe.
Teraz, po raz pierwszy w historii, odnotowano neturina pochodzące z podstawowych reakcji protonów we wnętrzu naszej gwiazdy macierzystej.
Neutrina są niezwykle trudne do zaobserwowania, gdyż niemal nigdy nie wchodzą w interakcje z materią. Obliczenia wykazują, że w ciągu sekundy na każdy centymetr kwadratowy Ziemi pada około 65 miliardów neutrin ze Słońca. Mimo to dopiero po długich poszukiwaniach udało się zanotować pierwsze z nich. Zostały one zauważone w urządzenie Borexino we włoskim Laboratorium Narodowym Gran Sasso. Wick Haxton, fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley mówi, że nikt nie kwestionował istnienia neutrin pp, czyli pochodzących z kolizji protonów. Pod znakiem zapytania stawiano natomiast możliwość zbudowania urządzenia, które je wychwyci. Borexino osiągnęło to dzięki długotrwałym badaniom nad zrozumieniem i zredukowaniem szumu z tła - stwierdził Haxton.
W Borexino używa się płynnego scyntylatora, który emituje światło gdy zostanie pobudzony. Scyntylator umieszczony jest w wielkiej sferze otoczonej płaszczem z 1000 ton wody, a całość znajduje się 1,4 kilometra pod powierzchnią Ziemi. W ten sposób uzyskano warstwę ochronną, która ma zatrzymać wszystko oprócz neutrin. Niestety, to nie wystarczało, by zanotować neutrina pp - mówi Andrea Pocar z Univeristy of Massachusetts. Niektórych szumów tła nie da się wyeliminować. Ich największym źródłem jest węgiel 14 obecny w samym scyntylatorze - dodaje Pocar. Podczas rozpadu prowadzi on do rozbłysku scyntylatora, a właściwości tego rozbłysku są bardzo podobne do rozbłysku powodowanego interakcją z neutrino pp. Naukowcy musieli więc szukać niewielkich różnic energii, które występują między oboma rodzajami rozbłysków. Jednak raz na jakiś czas dochodzi jednocześnie do rozpadu dwóch atomów węgla 14 i wówczas rozbłysk jest identyczny jak przy neutrino pp. Musieliśmy bardzo dobrze zrozumieć te wydarzenia, by je od siebie oddzielić - mówi Pocar. Naukowcy pracujący przy Borexino opracowali nową metodą obserwacji rozbłysków i badali je przez wiele lat, by w końcu zyskać pewność, że zaobserwowano neutrino pp.
Potwierdzenie istnienia tej cząstki to jednocześnie potwierdzenie ważności głównych modeli teoretycznych opisujących Słońce. Znalezienie niskoenergetycznego neutrino pp – słoneczne neutrina wysokoenergetyczne obserwowano już wcześniej – dopełnia wiedzę o ciągu reakcji zachodzących w naszej gwieździe. Pozwala też na udoskonalenie eksperymentów dotyczących neutrin i dalsze, bardziej skuteczne, ich poszukiwanie.
Neutrina występują w trzech odmianach, zwanych zapachami. To neutrina elektronowe, mionowe i taonowe. Ich niezwykłą cechą jest możliwość zmiany, oscylacji, jednego rodzaju w drugi. Wydaje się, że wszystkie neutrina pochodzące ze Słońca rodzą się jako elektronowe, ale zanim dotrą na Ziemię część z nich zmienia się w mionowe bądź taonowe. Każdy z zapachów neutrino ma nieco inną masę. Obecnie najważniejszym zadaniem stojącym przed uczonymi badającymi neutrina jest właśnie precyzyjne określenie masy poszczególnych zapachów. Różnice w masie są bowiem najważniejszym czynnikiem decydującym o oscylacjach.
Oprócz Borexino ważnymi ośrodkami badań nad neutrino są Sudbury Neutrino Observatory w kanadyjskim Ontario oraz japoński Super-Kamiokande. Za osiem lat w Fermi National Accelerator Laboratory ma zostać uruchomiony Long-Baseline Neutrino Experiment (LBNE), który będzie badał oscylacje neutrin podczas przejścia przez materię. Generowane tam neutrino będą wystrzeliwane w kierunku Sanford Underground Research Facility w Południowej Dakocie. Podczas 1285-kilometrowej podróży pod Ziemią wiele z nich będzie oscylowało, a uczeni chcą właśnie te oscylacje zbadać i określić, które zapachy neutrin są lżejsze, a które cięższe.
Komentarze (4)
Astroboy, 28 sierpnia 2014, 15:51
Ja tam goopi jestem, ale jak złączą się dwie tylko pary protonów (o ile oczywiście takie coś może istnieć), to powstanie zwyczajnie jądro 4Be (które już całkowicie jest niemożliwe). A to chyba trochę prostsze – w cyklu pp (dominujący w jądrze Słońca) końcowym produktem jest 4He.
Tutaj odpowiednia porcja wiedzy: http://pl.wikipedia.org/wiki/Cykl_protonowy
Poważniej, to proponuję: "Gdy w jądrze Słońca dochodzi do łączenia się protonów w pary, powstają jądra deuteru, przy czym procesowi temu towarzyszy emisja neutrin [moje: choć nie tylko]. Naukowcy mają głęboką pewność, że jest to pierwsza z reakcji..."
To nie jest całkiem prawda – proponuję "nie znaleziono BEZPOŚREDNICH dowodów". W końcu neutrina słoneczne obserwujemy nie od wczoraj.
Cóż, nie tylko obliczenia. I nie tylko pada. Proponuję coś bardziej medialnego: "W ciągu jednej sekundy przez ciało człowieka przechodzi niemal bilion neutrin, które praktycznie nie zauważają naszego organizmu."
Pozdrawiam
Mariusz Błoński, 29 sierpnia 2014, 14:03
madan, 3 września 2014, 21:38
Przy tej okazji można zapytać (nie pierwszy raz): Dlaczego neutrina są tak przenikliwe? Czy tylko dlatego, gdyż nie oddziaływują elektromagnetycznie, a atom dla nich (powłoki elektronowe się nie liczą) jest praktycznie pustką? Jednak ich ilość jest dość pokaźna, co czyni prawdopodobieństwo zderzenia z jądrem mimo wszystko dość znaczące. Czy znany jest mechanizm "unikania"? Może są odpychane przez wszystkie inne cząstki. Te wszystkie inne oddziaływują elektromagnetycznie.
To nie jest nowa teoria. To tylko pytanie.
Astroboy, 4 września 2014, 06:04
Nie jest to prawda (porównaj sobie przekroje czynne na różne procesy). Gdyby było jak mówisz, to po kiego grzyba budować detektory neutrin jako potężne "baniaki", w które wlewa się np. milion litrów ciężkiej wody?
Odpowiedź na Twoje pierwsze pytanie (przy obecnym stanie wiedzy) jest prosta. Neutrina oddziałują tylko słabo (o grawitacji później), a słabe oddziaływanie jest BARDZO słabe (
) i ma zasięg rzędu 10-18 m, czyli z tysiąc razy mniej niż "rozmiar" protonu.
Grawitacja jest jednak słabszym oddziaływaniem i w tym kontekscie można ją pominąć. Bo i masy neutrin tak małe (o tym, że je mają, wiemy nie od tak dawna), że nikt ich nawet nie zmierzył (i jakoś brak na razie możliwości na taki pomiar).