首次檢測到太陽碳氮氧循環產生中微子

英國《自然》雜志近日發表的一項天體物理學最新研究，科學家報告了太陽次要聚變碳氮氧循環所產生中微子的首個直接實驗證據。測量這些中微子可以為人類了解太陽結構和太陽核心內的元素豐度提供重要線索。

恒星的能量來自氫到氦的核聚變，這通過兩個過程發生：質子-質子鏈反應和碳氮氧循環，前者只涉及氫氦同位素，后者靠碳氮氧催化聚變。

其中，質子-質子鏈反應是與太陽大小類似的恒星的主要能量產生方式，約占全部生產能量的99%，這一點已得到廣泛研究。但研究碳氮氧循環更具有挑戰性，因為通過這種機制產生的中微子，每天只比背景信號多幾個而已。

意大利國家核物理研究所格蘭薩索國家實驗室內，博瑞西諾合作組織正致力于研究極其罕見的中微子相互作用，這一聯合研究項目組由來自意大利、法國、德國、波蘭、俄羅斯、美國等多國研究人員構成。

此次，他們報告檢測到了太陽碳氮氧聚變循環期間發射出的中微子，且具有高統計顯著性。他們使用的是意大利格蘭薩索國家實驗室高靈敏度的博瑞西諾檢測器。該儀器由一個大約18米高的容器組成，其中裝有254噸液體，當液體中的電子與中微子相互作用時，液體會閃爍發光，更為明亮的閃光表明能量更高，則更有可能是來自碳氮氧循環產生的中微子。這一檢測器能夠排除或解釋大部分的背景噪音源。在最新的研究中，團隊表示，出現的結果代表了迄今第一個關于碳氮氧循環的直接實驗證據，證明碳氮氧循環貢獻了1%左右的太陽能量（符合理論預測）。

研究人員提出，測量碳氮氧聚變產生的中微子，可以確定恒星中碳氮氧的豐度。據悉，碳氮氧循環對質量大于太陽的恒星的能量生產具有更大的貢獻。了解恒星中重量大于氦的元素的豐度（即金屬性），有助于我們了解不同恒星的主導能量來源。

在論文隨附的“新聞與觀點”文章中，美國加州大學伯克利分校科學家哥布里爾·奧萊比·格恩表示，博瑞西諾合作組織的工作讓人們能夠更進一步地全面認識太陽和大質量恒星的形成，其或將為科學界定義未來幾年這個領域的研究目標。

其實有兩種類型的核聚變反應發生在太陽核心。第一種最常見，質子-質子鏈反應，即質子融合轉化氫變成氦;第二種就是碳氮氧循環。這兩種類型會產生不同的中微子，這些幾乎沒有質量的亞原子粒子，在大部分時間里都可以沒有任何跡象地穿過普通物質，難以被我們發現，尤其第二種類型，更是難上加難。不過，在博瑞西諾儀器內部，有很多靈敏探測器排列在一個大水箱里，它們與地球表面宇宙射線的背景輻射隔離開來，不讓其他信號“淹沒”來自碳氮氧循環的中微子，終于幫助科學家探測到這一循環產生的稀有信號。