科学者たちは長い間、太陽の力は主に陽子からヘリウムへの核融合によるものだと信じてきましたが、ついにそれを証明することができました。イタリア中部の山奥深くに埋設された検出器を使用している国際研究チームは、ニュートリノ (物質と非常に嫌々しか相互作用しない幽霊のような粒子) が太陽の中心部から流れていることを検出しました。他の太陽ニュートリノは以前にも検出されていますが、これらの特定のものは、太陽の力の 99% を提供する一連の反応の最初の部分である重要な陽子 - 陽子核融合反応に由来します。
この結果は、太陽が非常に安定した電源であることも示しています。ニュートリノは太陽の核から地球に到達するのに 8 分しかかからないため、チームが検出したニュートリノ生成率は、太陽が現在生成している熱量を反映しています。たまたま、太陽の表面から現在放射されているエネルギーの量と同じです。これらの光子は、コアから表面まで到達するのに 10 万年かかりますが。したがって、太陽のエネルギー生産は 1 億年間変化していません。 「これは、過去 10 万年ほどの間、太陽が安定していたことの直接的な証拠です」と、チーム メンバーであるマサチューセッツ大学アマースト校のアンドレア ポカールは言います。
太陽の核は非常に熱く密度の高い燃焼炉であり、陽子 (太陽の主成分である水素の原子核) が強い力でぶつかり合って融合し、重水素原子核 (陽子と中性子からなる重水素) を生成します。プラス反電子とニュートリノ。これが一連の反応全体の始まりです。陽子が重水素と衝突してヘリウム 3 が生成されます。ヘリウム 3 が結合して、ヘリウム 4 と陽子が生成されます。他の反応では、リチウム、ベリリウム、およびホウ素が生成されます。これらの反応の多くはニュートリノを生成しますが、太陽からのニュートリノフラックスの大部分は、元の陽子-陽子 (pp) 反応によって生成されます。 「pp 反応は最も基本的なプロセスです。太陽で進行するすべてのことは、そこから生じます」と、オックスフォード大学のスティーブ ビラー氏は言います。
研究者たちは 1960 年代からニュートリノを検出してきました。最初は、検出率の 3 分の 2 の不足が結果を混乱させました。ニュートリノは宇宙を飛行する際に、あるタイプから別のタイプに変換できることが判明しましたが、検出器は 3 つのタイプのうちの 1 つにしか反応しませんでした。この「ニュートリノ問題」が解決されると、ニュートリノ天文台は、太陽で予測されたほとんどすべての反応からニュートリノを検出しましたが、pp 反応からは検出されませんでした。 pp反応を困難にしているのは、ニュートリノが地球上で起こるさまざまな放射性崩壊のエネルギーとほぼ同じ非常に低いエネルギーを持っているため、地球上の検出器が崩壊をニュートリノイベントと混同しやすくすることです. 「この種のニュートリノを検出することは、ほとんど不可能です。非常に低いバックグラウンド レベルと多くの忍耐が必要です」と Biller 氏は言います。
イタリアのアペニン山脈の 1400 メートル下にあるグラン サッソ国立研究所のボレクシーノ検出器は、300 トンの高純度プソイドクメン (ベンゼンのような液体) で満たされた球形の透明な容器で構成されています。ニュートリノはその上にある岩石を簡単に通過しますが、時折、この「シンチレーター」液体の核に衝突し、球の周りに配置された一連の検出器によって検出される閃光を生成します。このような検出器は、宇宙線から保護するために常に地下深くに配置され、岩石の放射性崩壊を防ぐために液体の緩衝層に囲まれています。
これらの努力にもかかわらず、pp ニュートリノを検出するために、Borexino の共同研究者は、シンチレーター液中の放射性汚染物質のレベルを下げるために特に長い浄化キャンペーンを経なければなりませんでした。 pp ニュートリノの到着からのものと非常によく似た崩壊信号を生成します。 「わずかな空気漏れやクリプトン 85 が内部に侵入します」と Pocar 氏は言います。ビラー氏によると、研究者たちは「本当に最先端を推し進め、途方もなく低いレベルの放射能汚染を達成した」とのことです。
1年半のデータ収集と1年の分析が続き、「それがバックグラウンドや検出器の効果ではないことを示した」とPocarは言う。バックグラウンド信号の複数のソースを入念に除去した後、チームは 1 秒あたり 1 平方センチメートルあたり 660 億のニュートリノ フラックスを残しました。これは、標準的な太陽モデル予測の 600 億に近いものです。 .
「彼らはこれを行う上で素晴らしい仕事をしました - 信じられないほど印象的です」とビラーは言います. 「メインプロセスの幹にたどり着くために、彼らは枝をはがしています。」
