科學家們第一次探測到揭示宇宙引擎的幽靈信號
2020-12-08 騰訊網在周三發表在《自然》(Nature)雜誌上的一項研究中，科學家們報告稱，他們首次發現了被稱為中微子的近乎空靈的粒子。這種粒子可以追溯到太陽內部的碳-氮-氧融合，也就是CNO循環。
這是一個裡程碑式的發現，證實了20世紀30年代的理論預測，並被譽為新千年物理學中最偉大的發現之一。
義大利國家核物理研究所(INFN)的Gioacchino Ranucci說:「這確實是太陽和恆星物理學的一次突破。」自從1990年該項目開始以來，Ranucci一直是研究人員之一。
科學家們在義大利中部的格蘭薩索粒子物理實驗室使用了超靈敏的Borexino探測器。格蘭薩索粒子物理實驗室是世界上最大的地下研究中心，深埋在亞平寧山脈之下，位於羅馬東北約65英裡處。
這一發現終結了Borexino項目數十年來對太陽中微子的研究，並首次揭示了大多數恆星用於將氫聚變為氦的主要核反應。
幾乎所有的恆星，包括我們的太陽，都通過氫聚變成氦釋放出大量的能量——這是一種有效的「燃燒」氫的方式，氫是宇宙中最簡單、最豐富的元素，也是主要的燃料來源。
以太陽為例，它99%的能量來自於質子-質子聚變，這可以產生鈹、鋰和硼，然後將它們分解成氦。
但宇宙中的大多數恆星都比我們的太陽大得多:例如，紅巨星參宿四的質量大約是太陽的20倍，寬度大約是太陽的700倍。
大型恆星的溫度也高得多，這意味著它們絕大部分是由CNO核聚變提供能量的。CNO核聚變是通過原子核在碳、氮和氧之間進行無窮循環的轉換，將氫聚變為氦。
CNO循環是宇宙中主要的能量來源。但在我們相對較冷的太陽內部很難發現它，它只佔其能量的1%。
巨大的Borexino探測器尋找在太陽核心的核聚變過程中釋放的中微子。
中微子幾乎不與任何東西發生作用，因此它們是研究遠距離核反應的理想材料——但它們也極其難以被探測到。
每秒有數萬億來自太陽的中微子通過Borexino探測器，但它每天只能探測到幾十個中微子，方法是尋找它們在300噸重的黑暗水箱中衰減時微弱的閃光。
拉努奇說，Borexino探測器花了幾十年的時間來測量太陽主要的質子-質子鏈式反應產生的中微子，但是探測它的CNO中微子非常困難——一天中只有大約7個具有CNO周期能量的中微子被發現。
他說，這一發現需要在過去五年中使探測器變得更加靈敏，方法是屏蔽外部輻射源，使探測器的內室成為地球上最不受輻射的地方。
拉努奇說:「這是CNO周期在太陽和恆星中起作用的第一個證據。」
加州大學伯克利分校(University of California, Berkeley)的粒子物理學家加布裡埃爾·奧裡比·江恩(Gabriel Orebi Gann)稱這一發現是「一個重大的裡程碑」。
她說:「這一發現使我們進一步了解了太陽核心的組成和重恆星的形成。」
Orebi Gann是《自然》雜誌關於這項新研究的一篇科學文章的作者，但她並沒有參與這項研究。
她說，中微子是在核反應中自然產生的，可以穿透大多數物質而不受影響，因此它們可以用來探測宇宙中其他無法到達的區域。
正因為如此，幾個中微子探測器正在黑暗中監視著它們在世界各地的短暫存在，其中包括位於南極的冰立方天文臺和日本的超級神岡探測器。
從理論上說，來自大爆炸的中微子可以解釋宇宙中一些神秘的「暗物質」——恆星和星系周圍巨大的不可見的暈，構成了大約四分之一的質量。
Orebi Gann說，中微子和它們的反粒子之間的不對稱也可以解釋我們宇宙中反物質的明顯缺乏和普通物質的支配——換句話說，就是為什麼這裡有任何東西，而不是什麼都沒有。
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