Физики из России посчитали число «частиц-призраков» в свете Солнца
. Российские и зарубежные ученые, работающие в рамках проекта Borexino, впервые точно подсчитали число разных типов нейтрино, возникающих в недрах Солнца в ходе термоядерных реакций. Результаты многолетних наблюдений были представлены в журнале Nature.
«Рождающиеся в различных реакциях на Солнце нейтрино обладают разными энергиями. Следовательно, их изучение не только способствует изучению нейтринных осцилляций, но и позволяет искать эффекты за пределами Стандартной модели физики частиц, такие как, например, нестандартные взаимодействия нейтрино и переходы нейтрино в стерильное состояние», — заявил Александр Чепурнов из НИИ ядерной физики МГУ.
Призраки космоса
Нейтрино представляют собой мельчайшие элементарные частицы, которые «общаются» с окружающей материей только посредством гравитации и так называемых слабых взаимодействий, проявляющихся лишь на расстояниях, существенно меньше размеров ядра атома. В середине прошлого века ученые открыли три вида таких частиц — тау, мюонные и электронные нейтрино и их «злые близнецы»-антинейтрино.
Наблюдения за Солнцем в 1960 годах и эксперименты нобелевских лауреатов Артура Макдональда и Такааки Каджиты раскрыли две важные вещи – то, что нейтрино разных видов умеют периодически превращаться друг в друга – этот процесс ученые называют «осцилляциями» и то, что они обладают ненулевой массой. С тех пор ученые наблюдают за этим процессом, пытаясь вычислить массу нейтрино по тому, как «охотно» разные типы этих частиц превращаются в два других их вида.
Открытие нобелевских лауреатов заставило многих физиков считать, что существует еще и четвертый тип этих частиц – так называемые «стерильные» нейтрино. Они должны обладать чрезвычайно большой массой и не взаимодействовать с другой материей только при помощи сил притяжения. Эти нейтрино, как предполагают космологи, могут быть ключом к объяснению процесса расширения Вселенной, исчезновения антиматерии и ряда других загадок мироздания.
Все эти тайны пытается раскрыть нейтринная обсерватория Borexino, построенная в толще гор в центральной части Италии в 2007 году для наблюдений за осцилляциями солнечных нейтрино и проведения своеобразной «переписи» среди этих неуловимых частиц.
Дело в том, что разные типы термоядерных реакций в недрах, в ходе которых рождается гелий, литий, бор и прочие элементы, порождают свои собственные наборы нейтрино. Если знать долю и число этих частиц, можно точно узнать, что происходит внутри светила, и совпадают ли эти данные с тем, что предсказывает Стандартная модель и теории формирования звезд.
Секреты Солнца
Последние десять лет, как отмечает Чепурнов, команда Borexino проводила подобную «перепись» частиц, замеряя то, как много нейтрино разных энергий, порожденных Солнцем, достигало 300-тонного чана детектора, погруженного в километровую шахту в лаборатории Гран-Сассо.
Эти замеры помогли ученым очень точно вычислить, как много нейтрино рождается внутри в Солнца в целом, с погрешностью примерно в 10%, а также при распадах ядер бериллия, бора, а также в ходе реакций, в которых участвуют пары протонов и электроны.
К примеру, каждый квадратный сантиметр поверхности Солнца будет вырабатывать примерно 61 миллиард этих частиц каждую секунду, а распады бериллия порождают около пяти миллиардов «призраков». В свою очередь, рождение атомов тяжелых элементов сопровождается формированием около 800 миллионов нейтрино.
Почти все «результаты переписи», по словам физиков, были точнее, чем предсказания Стандартной модели, что впервые позволило использовать Солнце для очень точной проверки ее выкладок. Во всех трех случаях, продолжает Чепурнов, она корректно предсказала то, как много подобных частиц должно рождаться в недрах светила и как много из них должно поменяться на пути к Земле.
Как отмечают исследователи, подобные результаты наблюдений не только сужают поле поисков «новой физики», но и подтверждают, что главным источником энергии и света внутри Солнца были и будут оставаться термоядерные реакции.
В дальнейшем, ученые планируют очень точно измерить число нейтрино, возникающих при формировании ядер углерода, азота и кислорода. Эти данные будут крайне важны для оценки того, как много «металлов» – элементов тяжелее водорода и гелия — содержат недра Солнца, что крайне важно для изучения тайн жизни самых крупных звезд Вселенной.