Először detektálták a Nap energiatermelő magjából érkező CNO neutrínókat

7010

A Borexino Kollaboráció kutatóinak először sikerült méréssel igazolni a Napban zajló CNO ciklust, ugyanis közvetlenül detektálták a fúzió során keletkező, jellegzetes neutrínókat. A felfedezés fontos lépés a Nap fúziós folyamatainak megértéséhez. Habár a mi Napunkban a CNO ciklus csupán mellékes szerepet játszik, más, nagyobb tömegű és forróbb csillagokban minden valószínűséggel ez a meghatározó energiatermelő folyamat. A mérésről készített tanulmányt a Nature nemzetközi tudományos folyóiratban publikálták.

Miből nyeri a Nap az energiáját? Egyfajta óriási fúziós reaktorként folyamatosan hidrogént alakít át héliummá. A folyamatnak két alaptípusát különböztetjük meg, a proton-proton (pp) ciklust, valamint a CNO ciklust. A pp ciklusban két hidrogén atommagból (azaz protonból) jön létre a köztes hidrogén izotóp, a deuteron, mely egy újabb protonnal hélium-3 magot alkot. A reakció végén stabil hélium-4 mag és ismét két proton keletkezik, így a folyamat folytatódni tud. A CNO, avagy szén (C), nitrogén (N) és oxigén (O) ciklusban több kémiai elem vesz részt, kezdetben szénatomból több lépésen keresztül stabil hélium-4 mag és ismét szénatom keletkezik. A kisebb csillagokban a pp ciklus a meghatározó energiatermelő folyamat, a nagyobb, forróbbakban viszont már a CNO ciklus dominál.

A Borexino detektorba benézve láthatjuk a 2000 db érzékeny detektor egy részét. (Forrás: Borexino Collaboration)

Ahogy a Napban zajló minden fúziós folyamat során, a héliumon és elképesztő mennyiségű energián kívül itt is számtalan neutrínó keletkezik. A Földre több milliárd neutrínó érkezik többnyire akadálytalanul, ezek a semleges részecskék ugyanis nem vesznek részt az elektromágneses kölcsönhatásban, a legtöbb anyagon gondtalanul áthaladnak. A felszín alatt 1400 méter mélyen található Borexino kísérlet hatalmas detektorával azonban sikerült őket kimérni. A detektor szívében egy extrém vékony falú nejlon labda található, benne 280 tonnányi speciális szcintillátor folyadékkal. A becsapódó neutrínókból naponta néhány száz kölcsönhatásba lép a detektor anyagával, apró fényvillanásokat okozva, amelyeket a körülvevő 2000 roppant érzékeny detektorral lehet kimérni.

A Borexino Kollaboráció kísérleteinek köszönhetően már számos, a pp cikluson kívüli folyamatból származó neutrínót sikerült detektálni. A mostani felfedezés azért ilyen jelentős, mert a korábbiaknál jóval ritkább, egyértelműen a CNO ciklus során létrejött neutrínókat sikerült először kimérni. Modellszámítások alapján eddig is feltételeztük, hogy a mi Napunkban is zajlik CNO ciklus, eddig viszont nem volt rá közvetlen bizonyítékunk; olyan karakterisztikus neutrínók, amelyek egyértelműen alátámasztják a reakció létezését. Most már minden kétséget kizáróan mondhatjuk, igen, a Napban is végbemegy a CNO ciklus.

A Borexino kísérlet közepén levő, hatalmas nejlongömb, benne a 280 tonnányi speciális szcintillátor folyadékkal. A becsapódó neutrínók apró fényvillanásokat keltenek az anyagban, amelyet az előző képen is látható, érzékeny detektorok rögzítenek. (Forrás: Borexino Collaboration)

Mindezeken felül, a Földre érkező CNO neutrínók mennyiségét is sikerült megbecsülni. A bolygónkon négyzetcentiméterenként átlagosan másodpercenként 700 millió (!) CNO neutrínó halad keresztül, mely mindösszesen csak az 1/100-ad része a Napból származó neutrínóknak. Ez konzisztens azzal az elméleti feltevéssel is, hogy a Nap energiájának körülbelül 1%-a származik a CNO ciklusból.

A CNO neutrínók kimérése fontos lépés a Napban, és más, az éjszakai égboltunkat díszítő csillagokban zajló fúziós folyamatok megértésének. Segítségükkel a Nap magjának összetételét is alaposabban megismerhetjük, különös tekintettel arra, milyen gyakorisággal fordulnak elő nehezebb elemek, mint szén, nitrogén és oxigén a Nap anyagában a hidrogénhez és héliumhoz képest – ezt nevezik a csillagok metallicitásának, vagy fémességének. Úgy fest, ismét a neutrínók lesznek azok a részecskék, amik ebben egyedül a segítségünkre lehetnek.

Forrás: Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Hozzászólás

hozzászólás