?

像所有的恒星一樣，我們的太陽是由氫聚變成更重的元素提供能量的。核聚變不僅使恒星發(fā)光，它也是構(gòu)成我們周圍世界化學(xué)元素的主要來源。

我們對(duì)恒星聚變的大部分理解來自于原子核的理論模型，但我們還有另一個(gè)來源：太陽核心產(chǎn)生的中微子。

當(dāng)原子核發(fā)生核聚變時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生高能伽馬射線，還會(huì)產(chǎn)生中微子。當(dāng)伽瑪射線在數(shù)千年里加熱太陽內(nèi)部時(shí)，中微子以接近光速的速度沖出太陽。

太陽中微子在20世紀(jì)60年代首次被探測(cè)到，但除了它們是太陽發(fā)射的這一事實(shí)外，很難了解更多關(guān)于它們的信息。這證明了核聚變只是發(fā)生在太陽上，但不是聚變的類型之一。

根據(jù)理論，太陽核聚變的主要形式應(yīng)該是由氫產(chǎn)生氦的質(zhì)子核聚變。這被稱為pp鏈，是恒星中最容易發(fā)生的反應(yīng)。

對(duì)于更大、內(nèi)核溫度更高、密度更大的恒星來說，一個(gè)更強(qiáng)大的反應(yīng)——CNO循環(huán)——是主要的能量來源。這個(gè)反應(yīng)利用氫與碳、氮、氧循環(huán)反應(yīng)生成氦。

CNO循環(huán)是這三種元素在宇宙中含量最豐富的部分原因（除了氫和氦）。

CNO循環(huán)在更高的溫度下發(fā)生。（圖片來源：R·J·霍爾）

在過去的十年中，中微子探測(cè)器變得越來越有效率?，F(xiàn)代探測(cè)器不僅能探測(cè)到中微子的能量，還能探測(cè)到它的類型。

我們現(xiàn)在知道，早期實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到的太陽中微子不是來自普通的pp鏈中微子，而是來自次級(jí)反應(yīng)，比如硼衰變，它產(chǎn)生的能量更高的中微子更容易被檢測(cè)到。

2014年，一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)了由pp鏈直接產(chǎn)生的低能量中微子。他們的觀察證實(shí)，99%的太陽能量是由質(zhì)子-質(zhì)子聚變產(chǎn)生的。

各種太陽中微子的能量水平。（赫倫/布朗大學(xué)）

雖然pp鏈在太陽的聚變中占主導(dǎo)地位，但我們的恒星足夠大，CNO循環(huán)會(huì)在較低的能量水平上發(fā)生。它應(yīng)該是太陽額外產(chǎn)生的1%能量的來源。

但是由于CNO中微子非常罕見，所以很難探測(cè)到。但最近，一個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地觀測(cè)到了它們。

探測(cè)CNO中微子的最大挑戰(zhàn)之一是，它們的信號(hào)往往隱藏在地球上的中微子噪聲中。核聚變?cè)诘厍蛏喜⒉皇亲匀话l(fā)生的，但是來自陸地巖石的低水平放射性衰變可以在中微子探測(cè)器中觸發(fā)類似CNO中微子探測(cè)的信號(hào)。

因此，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一個(gè)復(fù)雜的分析過程，來過濾假陽性中微子信號(hào)。他們的研究證實(shí)了較低能量水平的CNO聚變發(fā)生在太陽內(nèi)部。

CNO循環(huán)在太陽中扮演著一個(gè)次要的角色，但它卻是更多大質(zhì)量恒星生命和進(jìn)化的核心。

這項(xiàng)工作將幫助我們了解大型恒星的生命歷程，并幫助我們更好地了解使地球上的生命成為較重元素的原因。

相關(guān)知識(shí)

中微子（意大利語：Neutrino，其字面上的意義為“微小的電中性粒子”，又譯作微中子）是一種電中性的基本粒子[4]，自旋量子數(shù)為?，以希臘字母ν標(biāo)記?，F(xiàn)在已經(jīng)有證據(jù)表明其具有質(zhì)量。但其質(zhì)量即使相比于其他亞原子粒子也是非常微小的。它可能是現(xiàn)在唯一一種已探測(cè)到的暗物質(zhì)，是一種熱暗物質(zhì)。[5]

中微子與電子、μ子以及τ子同屬輕子，有三種“味”：電中微子（ν

e）、μ中微子（ν

μ）以及τ中微子（ν

τ）。每種味的中微子都相應(yīng)存在一種同樣電中性且自旋量子數(shù)為?的反中微子。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，中微子的產(chǎn)生過程遵循輕子數(shù)守恒定律。

由于中微子是電中性的，同時(shí)還是一種輕子，因此不參與強(qiáng)相互作用以及電磁相互作用,而只參與引力相互作用以及弱相互作用。[6]?由于弱相互作用作用距離非常短，而引力相互作用在亞原子尺度下又是十分微弱的，因而中微子在穿過一般物質(zhì)時(shí)不會(huì)受到太多阻礙，且難以檢測(cè)。

?

?

?

作者: Brian Koberlein

FY:董美慧

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)于三十日以內(nèi)聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處