Учёные из международного проекта Borexino, реализующегося на базе итальянского Национального института ядерной физики (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), сообщили о первом в истории науки прямом наблюдении низкоэнергетичных нейтрино, образующихся на Солнце в результате распада бериллия (7Be) при синтезе гелия.
Нейтрино — элементарные частицы, которые крайне слабо взаимодействуют с веществом. Но они представляют большой интерес, так как рождение этих частиц сопровождает ряд таких процессов, как термоядерный синтез, происходящий в недрах звёзд.
В процессе синтеза изотопа гелия 4He — окончательного продукта «сгорания» водорода — протекает несколько различных реакций. В частности, учёных очень интересует реакция радиоактивного распада бериллия — 7Be.
На «пути» к 4He проходят следующие превращения. Первый этап: в результате синтеза протонов формируется изотоп 3He. Второй: синтез 3He и уже имеющихся 4He приводит к возникновению неустойчивого 7Be. На третьем в результате синтеза 7Be и протона появляется изотоп бора 8B. Все эти реакции сопровождаются испусканием электронного нейтрино.
Исследователи утверждают, что, кроме этих реакций, часть изотопов бериллия претерпевает распад, в результате которого также выделяется электронное нейтрино. Его доля, согласно вычислениям, должна быть существенной — порядка 10% всего потока солнечных электронных нейтрино. Интересно, что на третьей стадии синтеза выделяется незначительная часть этих частиц — всего около 0,01%, однако в наблюдениях регистрируются, как правило, именно они.
Дело в том, что этот малый процент частиц обладает высокой энергией, превышающей порог чувствительности современной аппаратуры нейтринной астрономии, составляющий 5 мегаэлектрон-вольт.
Проект Borexino был создан специально ради поиска нейтрино, появляющихся в ходе реакции распада 7Be и обладающих энергией всего в 0,862 мегаэлектрон-вольта.
Чтобы уловить столь незаметные частицы, учёным пришлось сделать нейтринный детектор, к которому предъявлялись очень высокие требования. Он представляет собой купол 18-метровой высоты, заполненный ультрачистой водой, предназначенной для блокирования естественного радиационного фона.
Внутри него располагается шар с жидкостью, в которой должна происходить сцинтилляция — световые вспышки, сопровождающие попадание в неё элементарных частиц (их число регистрируется светочувствительной аппаратурой).
Этот высокоточный проект начал работу в мае 2007 года и уже дал ценные результаты. Надо сказать, что Borexino запланировали ещё много лет назад, но из-за соображений чистоты (в первую очередь, от радиационных загрязнений — ведь они могли дать лишние сигналы) его начало постоянно откладывали. Однако итог этих перестраховок просто потрясающий.
Так, например, природный азот состоит из смеси изотопов, в том числе и радиоактивных. В Borexino же число этих неустойчивых атомов было снижено настолько, что радиоактивный фон использовавшегося азота меньше, чем у естественного в 1016 раз!
В результате этих усилий учёные смогли зафиксировать электронные нейтрино, сопровождающие упомянутый распад бериллия. Это явилось важным подтверждением стандартной теории, которая объясняет часть процессов, протекающих на Солнце.
Учёные изложили подробности исследования в статье, которую запланировали опубликовать в журнале Physics Letter B. С ней вы можете ознакомиться на сервере препринтов arXiv.org.
Ранее мы рассказывали вам о похожем эксперименте KamLAND по поиску геонейтрино. Розыском этих частиц в следующем году планируют заняться также и учёные из Borexino.
