| |||||||||
Горизонты научного поиска Солнечные нейтрино на "Борексино"Объявление победителя премии Breakthrough - одно из самых ярких ежегодных событий журнала Physics World. На прошлой неделе названы десять финалистов этой престижной премии, из которых в четверг 17 декабря года будет выбран победитель. Среди финалистов премии названа коллаборация Borexino, которая объединяет группы ученых из Италии, Германии, США, России, Франции и Польши и насчитывает около 100 участников. Группа из Лаборатории ядерных проблем принимает участие в эксперименте с начала реализации проекта в 1991 году. Borexino обнаружил солнечные нейтрино из трудноуловимого термоядерного цикла. "Мы выбрали, - пишет редакция Physics World, - работу коллаборации Borexino по обнаружению нейтрино из азотно-углеродного цикла (CNO) в Солнце. Коллективу ученых пришлось тщательно проанализировать фоновое радиоактивное излучение в детекторе Borexino и свести его влияние к минимуму. Детектор содержит 278 тонн сверхчистого жидкого сцинтиллятора и расположен на большой глубине, в горном массиве Гран-Сассо. Во-первых, открытие подтверждает теорию звездного нуклеосинтеза, о которой впервые заговорили более 80 лет назад. Во-вторых, оно может воодушевить физиков использовать нейтринные детекторы следующего поколения для решения "загадки металличности" Солнца, так ученые называют противоречивые данные по содержанию углерода, азота и кислорода в звезде.
Подробности - в публикуемом ниже комментарии. Участники международной коллаборации Borexino объявили о первом наблюдении нейтрино из реакций углеродно-азотного цикла в Солнце. Это экспериментально подтверждает второй механизм генерации энергии в звездах. Ранее наблюдались нейтрино только из протон-протонного цикла. Открытие имеет первостепенное значение для астрофизики, так как в звездах более массивных, чем Солнце, энергия выделяется в основном за счет углеродно-азотного цикла. Результаты исследования опубликованы в Nature.
CNO-цикл в звездахДля сравнительно легких звезд, включая Солнце, pp-цепочка реакций является доминирующим механизмом с точки зрения количества производимой энергии. Для более тяжелых звезд, с массой в полтора раза больше солнечной, CNO-цикл преобладает в выработке энергии. Углерод, азот и кислород (буквы C, N и O в названии цикла - символы этих элементов) выступают катализаторами реакций цикла, оставаясь в итоге неизменными. Нейтрино, излучаемые в ядерных реакциях, выступают их характерными "метками". Около 90% нейтрино излучается при слиянии ядер водорода. Второй по интенсивности поток нейтрино составляет около 10% и образуется в одной из более поздних реакций pp-цепочки при электронном захвате на бериллии-7. Остальные потоки нейтрино менее интенсивны. "Детектор Borexino создавался для регистрации потока бериллиевых нейтрино, но на практике его феноменальные характеристики позволили зарегистрировать и нейтрино из других, менее интенсивных реакций в pp-цепочке, - говорит Олег Смирнов, старший научный сотрудник ЛЯП, руководитель дубненской группы коллаборации Borexino. - Тем не менее до недавнего времени оставался открытым вопрос, удастся ли зарегистрировать нейтрино из CNO-цикла. Регистрацию CNO-нейтрино, помимо малости самого потока, осложняет присутствие спектральной компоненты природного фона, неотличимой от их спектра". Для Солнца энергия, производимая в CNO-цикле, относительно мала. Для большого же количества более массивных звезд во Вселенной и их быстрой эволюции CNO-цикл - основной механизм синтеза гелия из водорода. Процесс генерации энергии в CNO-цикле хорошо обоснован теоретически, но до сих пор его протекание в Солнце экспериментально не было подтверждено. Первое экспериментальное доказательство
"Несмотря на огромное количество солнечных нейтрино, проходящих через детектор (более секстиллиона за день) только полсотни нейтрино оставляют заметный "след" в детекторе за это же время. Ученые, работающие над анализом данных, смогли выделить сигнал, который можно объяснить только присутствием нейтрино из CNO-цикла. Таким образом доказано протекание ядерных реакций CNO-цикла в Солнце. Полный поток нейтрино из CNO-цикла составляет около 1% от полного потока солнечных нейтрино, - поясняет Олег Смирнов. Тысячи детекторов света под толщей скал в 1400 метровДетектор Borexino набирает данные практически в непрерывном режиме с мая 2007 года. Установка расположена в самой большой подземной лаборатории в мире, в Национальной лаборатории Гран-Сассо в Центральной Италии. В центре детектора на нейлоновых струнах растянут прозрачный мешок из очень тонкого нейлона, содержащий около 300 тонн специально подготовленной сверхчистой жидкости, обладающей свойством излучать свет при прохождении заряженных частиц. Слабые световые вспышки регистрируются двумя тысячами больших сенсоров (20-сантиметровых фотоэлектронных умножителей), установленных на металлической сфере вокруг чувствительного объема. Допустимое содержание радиоактивных примесей в жидком сцинтилляторе в миллиарды раз ниже обычного их содержания в природных материалах, например в питьевой воде. Поэтому все жидкости, используемые в эксперименте, подверглись предварительной глубокой очистке от естественных радиоактивных примесей. При сооружении детектора тщательно контролировалась радиоактивность используемых материалов. Для реализации программы по поиску CNO-нейтрино потребовалась полная термоизоляция детектора от внешней среды, чтобы исключить формирование тепловых потоков, переносящих остаточную радиоактивность с внутренних стенок детектора в его объем. Скальный массив над лабораторией, эквивалентный 3800 м воды, обеспечивает значительное подавление потока космических лучей. Тем не менее часть космической радиации проникает через скалы под землю и приводит к появлению нежелательных фонов, усложняющих наблюдение нейтрино. Физики разработали специальные методы анализа данных для разделения нейтринного и фонового сигналов.
Эксперимент Borexino в очередной раз подтвердил свое лидерство в астрофизических исследованиях, приоткрыв секреты механизмов, которые поддерживают жизнь звезд, в частности нашего Солнца. Группа Borexino в ДубнеГруппа из ЛЯП - одна из старейших в коллаборации. Кроме ученых из ОИЯИ, в работе по проекту Borexino принимают участие наши коллеги из других российских институтов: Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" в Москве, НИЦ "Курчатовский институт" в Санкт-Петербурге (ПИЯФ) и Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ. Детектор Borexino набирает данные с 2007 года. С его помощью ранее были получены выдающиеся результаты в физике солнечных и земных нейтрино. Группа внесла значительный вклад в исследование потоков солнечных нейтрино, поиск редких процессов, а также поиск геонейтрино. По материалам сайта Лаборатории ядерных проблем
|
|