В изследване, публикувано в сряда в списание Nature, учени съобщават, че са направили първото откриване на почти ефирните частици, наречени неутрино, които могат да бъдат проследени до синтез на въглерод-азот-кислород, известен като цикъла на CNO, вътре в Слънцето.
Това е забележително откритие, което потвърждава теоретичните прогнози още от 30-те години на миналия век и е приветствано като едно от най-големите открития във физиката през новото хилядолетие.
„Това наистина е пробив за слънчевата и звездна физика“, каза Джоакино Ранучи от Италианския национален институт за ядрена физика (INFN), един от изследователите на проекта от началото му през 1990 г.
Учените са използвали ултра-чувствителния детектор Borexino в лабораторията по физика на частиците на INFN в Гран Сасо в Централна Италия – най-големият подземен изследователски център в света, дълбоко под Апенините, на около 100 км североизточно от Рим.
Откритието е венец на десетилетия изследване на слънчевите неутрино от проекта Borexino и разкрива за първи път основната ядрена реакция, която повечето звезди използват за сливане на водород в хелий.
Почти всички звезди, включително нашето Слънце, отделят огромни количества енергия чрез вливане на водород в хелий – ефективен начин за „изгаряне“ на водорода, най-простият и най-разпространеният елемент и основен източник на гориво във Вселената.
В случая на Слънцето, 99 процента от енергията му идва от синтез на протон-протон, който може да създаде берилий, литий и бор, преди да ги разпадне в хелий.
Но повечето звезди във Вселената са много по-големи от нашето Слънце: червеният гигант Бетелгейзе например, е около 20 пъти по-масивен и около 700 пъти по-широк.
Големите звезди също са много по-горещи, което означава, че те се захранват преобладаващо от синтез на CNO, който слива водорода в хелий посредством атомни ядра, трансформирани в безкрайна верига между въглерод, азот и кислород.
Цикълът на CNO е доминиращият източник на енергия във Вселената. Но е трудно да се забележи в нашето относително хладно слънце, където той представлява само 1 процент от енергията му.
Гигантският детектор Borexino търси неутрино, отделени по време на ядрен синтез в ядрото на Слънцето. Неутрино почти не взаимодействат с нищо и затова са идеални за изучаване на отдалечени ядрени реакции – но също така са изключително трудни за откриване.
Трилиони неутрино от слънцето преминават през детектора Borexino всяка секунда, но той открива само няколко десетки от тях всеки ден, като търси слаби светкавични проблясъци, докато се разлагат в тъмния му 300-тонен воден резервоар.
Ранучи казва, че детекторът Борексино е прекарал десетилетия в измерване на неутрино от главната протонно-протонна верижна реакция на Слънцето, но откриването на неговите CNO неутрино е било много трудно – само около седем неутрино с контролната енергия на цикъла на CNO се забелязват за един ден.
„Откритието изискваше да се направи детекторът все по-чувствителен през последните пет години“, обяснява той, „като в същото време го защити от външни източници на радиоактивност, така че вътрешната камера на детектора да е най-без радиационното място на Земята“.
Резултатът е единственият пряк признак на синтез на CNO. „Това е първото доказателство, че цикълът на CNO работи и при Слънцето и при звездите“, каза Ранучи.
Габриел Ореби Ган, физик на елементарните частици от Калифорнийския университет в Бъркли, нарече откритието „базисно“. „Това откритие ни отвежда стъпка по-близо до разбирането на състава на ядрото на Слънцето и образуването на тежки звезди“, казва тя. Ореби Ган е автор на научна статия в Nature за новото изследване, но тя не е участвала в изследването.
Неутриното се произвежда по естествен път в ядрени реакции и преминава през повечето вещества без ефект, така че те могат да бъдат използвани за сондиране на иначе недостъпни региони на Вселената, казва тя.
Поради това няколко детектора на неутрино наблюдават в тъмнина мимолетното им присъствие по света, включително обсерваторията IceCube на Южния полюс и детекторът Super-Kamiokande в Япония. Предполага се, че неутрино от Големия взрив може да обясни загадъчната „тъмна материя“ на Вселената – огромни невидими ореоли около звезди и галактики, които съставляват около една четвърт от нейната маса.
Ореби Ган каза, че асиметрията между неутрино и техните анти частици също може да обясни господството на антиматерия в нашата Вселена над нормалната материя.
