Nová trieda neutrín
Valentín Korinek - 2020-07-22

Detektor neutrín Borexino

V jadre Slnka prevládajú dve skupiny reakcií jadrovej fúzie a obidve v hojnosti produkujú ľahké subatomárne častice. Tým najzákladnejším je PP cyklus*,  z ktorého sa bežne detegujúneutrína. Po prvýkrát sme ale detekovalineutrína aj z druhej reakcie a to z tzv. CNO cyklu*.


Borexino je tým najpovolanejším zariadeným pre takýto výskum. Vedci strávili roky dolaďovaním experimentu, aby odhalili nepolapiteľné neutrína, ktoré vznikaju pri CNO cykle. Aj keď je ťažké ich pozorovať, na Zem prichádzajú v hojnom počte. Vedci tvrdia, že Zemou  prechádza na každú stotinu metra štvorcového 700 miliónov neutrínpráve zo slnečného CNO cyklu.


Štúdium týchto častíc by mohlo pomôcť odhaliť, koľko slnečného žiarenia je zloženého z prvkov ťažších ako vodík a hélium, čo je vlastnosť známa ako metalicita (metalicita je pomer hmotnosti astronomického objektu prvkov iných ako vodík a hélium. Keďže najväčšie zastúpenie vo vesmíre má vodík a hélium, astronómovia všetky ostatné prvky volajú kovy. Napríklad hmlovina bohatá na uhlík sa nazýva bohatá na kovy, hoci uhlík sa inak za kov nepovažuje). Je to preto, že rýchlosť, akou sa produkujú neutrína z cyklu CNO, závisí od obsahu uhlíka, dusíka a kyslíka vSlnku. Rôzne typy meraní v súčasnosti nesúhlasia s metalicitouSlnka, pričom jedna technika naznačuje vyššiu metalicitu ako iná. V budúcnosti by vedci mohli problém lepšie vyriešiť pomocou citlivejšími meraniami neutrín z CNO.


Cyklus CNO je ešte dôležitejší v prípade hviezd ťažších ako Slnko, kde je hlavným procesom fúzie. Štúdium tohto cyklu na Slnku môže fyzikom pomôcť pochopiť vnútorné fungovanie iných hviezd.



Experiment Borexino detegoval častice z druhého najdôležitejšieho fúzneho procesu našej hviezdy. Neutrína z druhého najvýznamnejšieho procesu jadrovej fúzie v Slnku boli nájdené detektoromBorexino* (vo vnútri sú zobrazené senzory na detekciu svetla).



-----------------------


*Borexino je experiment časticovej fyziky zameraný na štúdium nízkoenergetických slnečných neutrín. Detektor je najčistejší kvapalný scintilátorový kalorimeter na svete. Je umiestnený vo vnútri gule z nehrdzavejúcej ocele obsahujúcej fotonásobiče a je tienený vodnou nádržou, aby ho chránila pred vonkajším žiarením a detegovala prichádzajúce neutrína, ktoré dokážu preniknúť cez horský masív nachádzajúci sa v Gran Sasso v Taliansku.


*PP cyklus (protónovo-protónová reakcia, p-p cyklus) je cyklus jadrových reakcií, pri ktorých sa v konečnom dôsledku premenia jadrá vodíka 1H na jadrá hélia 4He. Protón-protónový cyklus je základným zdrojom žiarivej energie vo hviezdach, ktorých hmotnosť veľmi nepresahuje hmotnosť Slnka. Pri vzniku jedného atómu hélia (He) sa uvoľní vo forme gama žiarenia celková energia okolo 26,2 MeV, čo je približne 4,2.10-12 J (zvyšok sa uvoľní vo forme elektrónových neutrín νe). Protón-protónový reťazec sa uplatňuje v centrálnych oblastiach hviezd pri teplotách 6,5-16 miliónov K.


*CNO cyklus - Uhlíkový cyklus, uhlíkovo-dusíkovo-kyslíkový cyklus, CNO cyklus alebo Betheho-Weizsäckerov cyklus je cyklus jadrových reakcií, pri ktorých sa za účasti uhlíka C, dusíka N a kyslíka O premenia v konečnom dôsledku jadrá vodíka H na jadrá hélia He. Uhlíkový cyklus je základným zdrojom žiarivej energie hviezd s hmotnosťou presahujúcou hmotnosť Slnka. Prebieha postupne nasledujúcimi čiastkovými reakciami.