Borexinoコラボレーションがpepニュートリノを検出

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過去10年間、太陽ニュートリノの物理学は沈静化してきました。検出は困難ですが、太陽コアの最も直接的なプローブを提供します。天文学者がそれらを検出することを学び、太陽ニュートリノ問題を解決すると、彼らは太陽に動力を与える主要な核反応、陽子-陽子(pp)反応の理解を確認することができました。しかし今、天文学者は初めて、別のはるかにまれな核反応である陽子-電子-陽子(pep)反応のニュートリノを検出しました。

常に、いくつかの別個の核融合プロセスが太陽の水素をヘリウムに変換し、副産物としてエネルギーを生み出しています。主な反応は、安定したヘリウムの生成につながる一連のイベントの最初のステップとして、重水素(核に余分な中性子を含む水素)の形成を必要とします。これは通常、陽電子、ニュートリノ、および光子を放出する2つの陽子の融合によって行われます。しかし、核物理学者は必要な重水素を生成する別の方法を予測しました。その中で、陽子と電子が最初に融合して中性子とニュートリノを形成し、次にそれらは第2の陽子と結合します。太陽モデルに基づいて、彼らはすべての重水素の0.23%だけがこのプロセスによって作成されると予測しました。ニュートリノはすでにとらえどころのない性質を持っているため、生成率の低下により、これらのペプニュートリノの検出はさらに困難になっています。

それらが検出するのは難しいかもしれませんが、pepニュートリノはpp反応によって作成されたものと容易に区別できます。主な違いは、彼らが運ぶエネルギーです。 pp反応からのニュートリノは最大0.42 MeVまでのエネルギー範囲を持ち、pepニュートリノは非常に選択された1.44 MeVを運びます。

ただし、これらのニュートリノを選択するために、チームは宇宙線ストライクからの信号のデータを注意深くクリーンアップする必要があり、ミューオンを作成し、ミューオンが検出器内の炭素と相互作用して、偽陽性を引き起こす可能性のある同様のエネルギーを持つニュートリノを生成する可能性があります。さらに、このプロセスは自由中性子も作成します。これらを排除するために、チームは遊離中性子の検出から短時間で発生したニュートリノのすべての信号を拒否しました。全体として、これは検出器が1日あたり4,300ミューオンを通過し、100トンの検出器液体あたり27の中性子を生成し、同様に27の偽陽性を示したことを示しています。

これらの検出を削除しても、チームは依然として適切なエネルギーを持つニュートリノの信号を見つけ、これを使用して1平方センチメートルごとに流れるペプニュートリノの総量を毎秒約16億と推定しました。これは、行われた予測と一致していると指摘しています。太陽の内部の仕組みを説明するために使用される標準モデルによって。

太陽に動力を与えるプロセスについての天文学者の理解をさらに確認することに加えて、この発見は別の核融合プロセスであるCNOサイクルにも制約を課します。このプロセスは太陽ではマイナーであると予想されますが(生成されるすべてのヘリウムの約2%しか作成されません)、太陽よりも熱く、より重い星でより効率的で、質量が50%多い星で支配的であると予想されます。このプロセスの限界をよりよく理解することは、天文学者がそれらの星がどのように機能するかを明らかにするのに役立ちます。

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