Пресс-релиз коллаборации "Борексино"

Впервые зарегистрированы нейтрино от редкой реакции из протон-протонной цепочки реакций на Солнце

Впервые получено экспериментальное доказательство протекания так называемой pep-реакции на Солнце, в которой два ядра водорода и электрон образуют дейтерий. Реакция сопровождается испусканием нейтрино с энергией 1,44 МэВ, которые и были зарегистрированы в эксперименте. Одновременно получены наиболее строгие экспериментальные ограничения на вклад углеродно-азотного цикла в энергетический баланс Солнца. Активное участие в эксперименте принимает группа ученых из Лаборатории ядерных проблем имени В.П.Джелепова ОИЯИ.

Единственным доступным земному наблюдателю способом изучения ядерных процессов, питающих энергетический механизм Солнца, является изучение потоков и энергетических спектров нейтрино, образующихся при их протекании. Нейтрино чрезвычайно слабо взаимодействуют с веществом: они без помех вылетают из центра Солнца и достигают Земли, двигаясь со скоростью, близкой к скорости света. С другой стороны, такая малая вероятность взаимодействия делает нейтрино практически невидимыми для приборов - чтобы зарегистрировать хотя бы несколько взаимодействий в день, требуются огромные детекторы с массой в сотни тонн.

Одним из таких детекторов является "Борексино", использующий для регистрации нейтрино 300 тонн сверхчистого жидкого сцинтиллятора - вещества, излучающего свет при взаимодействии нейтрино с электронами. Слабые световые вспышки регистрируются двумя тысячами специальных фотоэлектронных умножителей - высокочувствительных приборов, способных регистрировать единичные фотоны. "Борексино" установлен в подземной лаборатории Гран Сассо (Италия) и набирает данные с мая 2007 года. На сегодня это единственный детектор, способный регистрировать солнечные нейтрино в режиме реального времени в области энергий до нескольких МэВ. За сутки в "Борексино" наблюдается около 50 нейтринных событий, что является своеобразным рекордом для нейтринных детекторов.

В соответствии с современными астрофизическими моделями, доминирующим источником энергии Солнца является так называемая протон-протонная цепочка реакций, начинающаяся с реакции слияния двух ядер водорода. В этой реакции, в упрощенном рассмотрении, 4 ядра водорода превращаются в ядро гелия. Нейтрино от одного из процессов протон-протонной цепочки, а именно pep-реакции, и были зарегистрированы в эксперименте. В pep-реакции два ядра водорода и электрон сливаются в изотоп водорода дейтерий. При этом испускается нейтрино фиксированной энергии 1,44 МэВ. Наблюдение нейтрино с этой энергией в регистрируемом спектре и позволило сделать вывод о регистрации pep-реакции.

Другая цепочка реакций, протекающих на Солнце, называется углеродно-азотным циклом. В углеродно-азотном цикле тоже образуется гелий из протонов (ядер водорода), при этом углерод служит своеобразным катализатором замкнутого цикла ядерных превращений. Углеродно-азотный цикл дает малый вклад в полную энергию, выделяемую в Солнце, в сравнении с протон-протонной цепочкой, но при массе звезды хотя бы в полтора раза больше солнечной протон-протонная цепочка не вырабатывает достаточно энергии, чтобы удержать звезду от гравитационного коллапса. Для таких звезд включается углеродно-азотный механизм выработки энергии, температура звезды за счет этого повышается до температуры, достаточной для удержания ее в равновесии. Если бы углеродно-азотный цикл не существовал в природе, то звездное небо было бы значительно менее ярким, - мы видели бы только редкие звезды на фоне темного неба.

Нейтрино, сопровождающие реакции углеродно-азотного цикла, испускаются в непрерывном спектре энергий и не имеют ярко выраженных характерных особенностей, что усложняет задачу их надежного выделения из суммарного спектра. "Борексино" пока не удалось достоверно отделить нейтрино из углеродного цикла от других типов нейтрино, но, тем не менее, анализ формы накопленных спектров показал, что таких нейтрино достаточно мало. Установлен новый экспериментальный предел на число нейтрино от углеродно-азотного цикла на уровне, всего наполовину превышающем современные теоретические предсказания.

Результаты получены при активном участии группы ученых из Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ, включившихся в эксперимент еще на стадии проекта. В международную коллаборацию "Борексино" входят также научно-исследовательские институты из Италии, США, Германии, России, Польши и Франции. С российской стороны в коллаборации участвуют НИЦ "Курчатовский институт", ПИЯФ и НИИЯФ МГУ.