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太陽(yáng)物理學(xué)家的慰藉：Borexino回歸理論

在意大利進(jìn)行Borexino實(shí)驗(yàn)的物理學(xué)家已經(jīng)成功的探測(cè)到了為太陽(yáng)功能的主核反應(yīng)中的中微子。國(guó)際小組觀測(cè)到的中微子的數(shù)量與理論預(yù)測(cè)的一致，這表明科學(xué)家確實(shí)了解恒星內(nèi)部的情況。

“這太棒了”，加州大學(xué)伯克利分校的威克·哈克斯頓（Wick Haxton）說(shuō)，他是一位沒有參與實(shí)驗(yàn)的太陽(yáng)中微子專家，“已經(jīng)很久很久了?！?。

每秒鐘，太陽(yáng)將6億噸的氫轉(zhuǎn)化為氦，99%的能量來(lái)自所謂的質(zhì)子-質(zhì)子鏈。99.76%的時(shí)間，這條鏈開始形成，此時(shí)兩個(gè)質(zhì)子靠的足夠近，一個(gè)變成中子釋放正電子和低能中微子，形成氘（氫-2）。物理學(xué)家現(xiàn)在探測(cè)到的正是這個(gè)低能中微子。一旦發(fā)生這個(gè)反應(yīng)，伴隨著兩個(gè)更迅速的反應(yīng)：一個(gè)質(zhì)子將新形成的氘轉(zhuǎn)化為氦-3，在大多數(shù)情況下，與另一個(gè)氦-3核結(jié)合成氦-4和兩個(gè)質(zhì)子。

意外測(cè)量

通常中微子不受阻礙的穿過物質(zhì)，因此很難被探測(cè)到。然而，在太陽(yáng)的這種反應(yīng)中產(chǎn)生的中微子由于其能量低而格外難找到?！斑@不是我們實(shí)際上期望做的測(cè)量”，Borexino實(shí)驗(yàn)的一員，馬薩諸塞大學(xué)艾默斯特分校的物理學(xué)家安德里亞·波卡爾（Andrea Pocar）說(shuō)。

Borexino探測(cè)是含有苯狀液體的大球體，位于格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的深山下，以保護(hù)實(shí)驗(yàn)免受宇宙射線的影響。偶爾，一個(gè)中微子會(huì)與液體中的一個(gè)電子相碰撞，反沖的電子會(huì)產(chǎn)生一道紫外線閃光，然后可以被探測(cè)到。

波卡爾（Pocar）告訴phsicsworld.com，實(shí)驗(yàn)的主要挑戰(zhàn)在于液體本身。它包含碳，有一些是也會(huì)釋放電子的放射性碳-14。為了使這個(gè)問題最小化，科學(xué)家們從石油中提取液體，如此古老以致于大多數(shù)令人煩惱的碳同位素已經(jīng)衰退了。

這直接證實(shí)了我們所說(shuō)的關(guān)于太陽(yáng)的理論是正確的。

安德里亞·波卡爾（Andrea Pocar），馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校。

標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)模型預(yù)測(cè)了來(lái)自太陽(yáng)主核反應(yīng)的600億中微子每秒通過地球上的一平方厘米；科學(xué)家測(cè)量的實(shí)際的中微子通量為66±70億?！斑@直接證實(shí)了我們所說(shuō)的關(guān)于太陽(yáng)的理論是正確的?！辈枺≒ocar）說(shuō)。

中微子實(shí)驗(yàn)并不總是對(duì)太陽(yáng)理論那么友好。事實(shí)上，第一個(gè)被探測(cè)到的太陽(yáng)中微子，是由一種涉及硼-8的稀有的核反應(yīng)產(chǎn)生的，與理論相比顯示出缺陷。當(dāng)物理學(xué)家證明電子中微子（太陽(yáng)產(chǎn)生的一種類型）可以轉(zhuǎn)變成其他類型時(shí)，這個(gè)問題就解決了，而這是之前的實(shí)驗(yàn)沒有檢測(cè)到的。

瘋狂的提議

加州大學(xué)圣克魯斯分校的天文學(xué)家斯坦·伍斯利回憶起那段時(shí)期。他說(shuō)：“為了弄清楚中微子為什么沒有達(dá)到預(yù)期，各種絕望的事情接踵而至?！保岬搅艘粋€(gè)瘋狂的提議，太陽(yáng)的核心有一個(gè)黑洞?！叭藗兂３３靶ξ覀冞@些研究恒星進(jìn)化的人：'在你甚至不能理解我們的恒星的情況下，又怎么能相信你所做的一切呢？’?！?，沒有參與Borexino實(shí)驗(yàn)的伍斯利，因此發(fā)現(xiàn)新的結(jié)果“真的令人滿意”。

Borexino實(shí)驗(yàn)結(jié)果給太陽(yáng)物理學(xué)家?guī)?lái)一些慰藉的同時(shí)，一個(gè)新的爭(zhēng)議爆發(fā)了。十年前，一些天文學(xué)家聲稱太陽(yáng)上的碳、氮和氧遠(yuǎn)沒有我們想象的多。幸運(yùn)的是，太陽(yáng)能量的1%并不是來(lái)自質(zhì)子-質(zhì)子鏈，而是產(chǎn)生于CNO循環(huán)，即碳、氮和氧核催化氫轉(zhuǎn)化成氦的反應(yīng)。這些反應(yīng)也能產(chǎn)生中微子，并且太陽(yáng)上的碳、氮和氧越多，這里就應(yīng)該會(huì)有更多的中微子。但CNO中微子是如此稀有以致于至今沒有人探測(cè)到它們。Borexino會(huì)成功嗎？“我認(rèn)為一半一半?！保栒f(shuō)。科學(xué)家們?cè)凇蹲匀弧冯s志上發(fā)表了他們的研究成果。