Детектор Борексино видит Солнце в режиме реального времени. Изображение: INFN
Впервые в истории изучения Солнца международным коллективом учёных, объединённых в коллаборацию Борексино, были выполнены измерения энергии нашей звезды в момент её генерации. Свои результаты они анонсировали в опубликованной статье в престижном междисциплинарном научном журнале Nature.
Это очень важное достижение стало возможно благодаря регистрации солнечных нейтрино, которые рождаются в ядерных процессах глубоко в недрах Солнца, затем беспрепятственно проходят толщи солнечного вещества и в течение чуть более восьми минут достигают Земли. До настоящего времени все измерения солнечной энергии основывались на излучении солнечной фотосферы, то есть знакомого всем солнечного света, который освещает наше небо и согревает Землю. Но энергия, уносимая солнечным светом, была произведена в термоядерных процессах около 100000 лет назад, что составляет среднее время для энергии, чтобы просочиться из центральных областей Солнца и достичь его поверхности.
Сравнение между измерениями коллаборации Борексино и светового излучения Солнца доказывает, что энерговыделение Солнца не менялось за исторически длительный период времени.
Детектор Борексино, установленный в подземной лаборатории Гран Сассо Национального института ядерной физики Италии (INFN), измерял поток солнечных нейтрино, образованных в термоядерной реакции слияния двух ядер водорода с образованием ядра дейтерия. Эта так называемая рр-реакция образует около 99% всей солнечной энергии. Ранее с помощью детектора Борексино уже измеряли потоки нейтрино от последующих ядерных процессов, но их вклады в производство солнечной энергии много меньше. Тем не менее проведённые исследования имели самостоятельное научное значение, ключевое для понимания фундаментальных свойств нейтрино - неуловимых членов семейства элементарных частиц.
Сама природа нейтрино, которая позволяет им ускользать из центра Солнца, создает также и чрезвычайно сложные проблемы их детектирования здесь, на Земле, связанные с созданием очень больших детекторов для регистрации всего лишь нескольких событий. Регистрация рр-нейтрино оказалась даже более трудной задачей из-за их маленькой энергии, фактически самой низкой среди солнечных нейтрино и лежащей в области высокого природного фона. В эксперименте Борексино был достигнут беспрецедентно низкий уровень фона, который даёт уникальную возможность выполнить такие измерения. Несомненно, детектор Борексино является единственным в мире и будет оставаться таковым долгие годы благодаря инновационным технологиям, использованным при его создании, которые позволяют изучать не только нейтрино, испущенные Солнцем, но также нейтрино, образованные в недрах нашей Земли, и даже нейтрино от искусственных радиоактивных источников.
Международный коллектив, участвующий в эксперименте Борексино, включает физиков из нескольких научных центров Европы, России и США. С российской стороны в работах участвуют учёные Национального исследовательского центра «Курчатовский Институт», Петербургского института ядерной физики им. В.П. Константинова, Объединённого института ядерных исследований, НИИ ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, а также ведущего ВУЗа - Национального исследовательского ядерного университета «Московский инженерно-физический институт».
Учёные продолжат эксперимент в следующие четыре года, улучшая точность уже полученных результатов. Они имеют планы дальнейших исследований в области физики частиц и астрофизики.
Смотрите также пресс-релиз на nature.com, physicsworld.com, scientificamerican.com.