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NASA观测到的太阳X射线流。
phys.org网站当地时间12月14日报道，位于意大利地下深处的Borexino探测器完成了一项几乎不可能完成的任务：首次探测到了太阳核心的碳、氮、氧（CNO）中微子。相关论文发表在《自然》杂志上。
这一结果为直接测量太阳金属丰度铺平了道路，有望揭开为太阳及其他恒星提供能量的聚变循环终极秘密。
中微子也被称作“幽灵粒子”，它们能够不留痕迹地穿过大多数物质。当Borexino探测器发现CNO中微子的消息传出时，科学界震惊了。这一发现不仅可以帮助人类深入了解太阳内部的运转原理，还能帮助科学家解决一个重要的恒星物理学问题——太阳内部的金属构成比例。
CNO“幽灵粒子”的成功检测证实了科学家在20世纪30年代的预测，即太阳的部分能量是由碳、氮、氧（CNO）反应提供的。研究还量化了CNO反应产生的能量不足太阳能量的1%，但它是较大恒星的主要能源。CNO反应会释放出两种中微子、其他亚原子粒子和能量。虽然氢-氦聚变过程也会释放出中微子，但两种中微子的光谱特征存在差异——这是科学家能够对它们进行区分的基础。
中微子的测定极其困难，因为这些“幽灵粒子”在穿过地球期间几乎不会与任何物质产生相互作用。科学家们必须使用庞大的高灵敏度仪器才能探测到它们的存在——一小部分中微子与Borexino探测器的液态碳氢化合物中的电子发生反射，形成能被光子传感器探测到的闪光。
在探测CNO中微子的过程中，研究人员受到了放射性背景的干扰。
普林斯顿大学物理学教授、Borexino项目主要负责人Frank Calaprice说：“在过去30年中，我们一直在尝试抑制放射性背景。”
Borexino探测器发现的中微子大部分为质子-质子中微子，少数为可识别CNO中微子。然而，CNO中微子与设备泄露的钋-210放射性衰变粒子非常相似。为了处理钋污染问题，弗吉尼亚理工大学的研究人员为设备安装了一系列温度探测器，精确绘制了温度分布图，以大幅降低设备内的流体流速。
Calaprice说：“如果流体运动能够被减缓到适宜程度，我们每天就可以观测到大约5次由CNO中微子引发的低能反冲。”而为了进一步处理流体波动问题，普林斯顿大学等构建了活性温度控制系统（ATCS）。努力最终有了回报——消除放射性背景为Borexino探测器创造了低背景区域，使CNO中微子测定具备了可行性。”
在发现CNO中微子之前，研究人员曾计划在2020年底结束Borexino项目。现在看来，数据收集任务可能会延长至2021年。
科界原创
编译：德克斯特
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://phys.org/news/2020-12-massive-underground-instrument-secret-sun.html
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