Войти
Солнечные нейтрино (протон-протонная цепочка ) в Стандартной модели Солнца Электронные нейтрино производятся на Солнце как продукт ядерного синтеза. Солнечные нейтрино составляют самый большой поток нейтрино из естественных источников, наблюдаемых на Земле, по сравнению, например, с атмосферные нейтрино или диффузный нейтринный фон сверхновой.
Генерация солнечного нейтрино Солнечные нейтрино производятся в ядре Солнца посредством различных реакций ядерного синтеза, каждая из которых происходит с определенной скоростью и приводит к собственному спектру энергий нейтрино. Подробности наиболее заметных из этих реакций описаны ниже.
Основной вклад вносит протон-протонная реакция. Реакция следующая:
или прописью:
дейтрон + позитрон + электронное нейтрино.Из всех солнечных нейтрино 86% образуются в результате этой реакции. Как показано на рисунке, озаглавленном «Солнечные нейтрино (протон-протонная цепочка) в Стандартной модели Солнца», дейтрон будет сливаться с другим протоном, образуя ядро He и гамма-луч. Эту реакцию можно представить как:
Изотоп He можно получить, используя He в предыдущей реакции, которая показана ниже.
Теперь, когда в окружающей среде находятся гелий-3 и гелий-4, по одному гелию каждого веса ядро может сливаться с образованием бериллия:
Бериллий-7 может идти двумя разными путями на этом этапе: он может захватывать электрон и производить больше стабильное ядро лития-7 и электронное нейтрино или, альтернативно, оно могло бы захватить один из многочисленных протонов, что привело бы к образованию бор-8. Первая реакция через литий-7:
Эта реакция с образованием лития производит 14% солнечных нейтрино. Получающийся в результате литий-7 позже соединяется с протоном с образованием двух ядер гелия-4. Альтернативной реакцией является захват протона, в результате которого образуется бор-8, который затем бета распадается на бериллий-8, как показано ниже:
Эта альтернативная реакция с образованием бора производит около 0,02% солнечных нейтрино; хотя эти редкие солнечные нейтрино настолько малы, что ими обычно пренебрегают, они выделяются своей более высокой средней энергией. Звездочка (*) на ядре бериллия-8 указывает на то, что оно находится в возбужденном нестабильном состоянии. Затем возбужденное ядро бериллия-8 распадается на два ядра гелия-4:
Наибольшее количество солнечных нейтрино является прямым продуктом протонного протонная реакция (высокая синяя кривая слева). У них низкая энергия - всего до 400 кэВ. Есть несколько других важных механизмов производства с энергиями до 18 МэВ. Самый высокий поток солнечных нейтрино исходит непосредственно от протон-протонного взаимодействия и имеет низкую энергию, до 400 кэВ. Есть также несколько других важных механизмов производства с энергиями до 18 МэВ. Поток нейтрино с Земли составляет около 7 · 10 частиц · см · с. Число нейтрино можно с большой уверенностью предсказать с помощью Стандартной модели Солнца. Однако количество электронных нейтрино, обнаруженных на Земле, составляло лишь 1/3 от предсказанного числа, и это было известно как «проблема солнечных нейтрино ».
Отсутствие электронных нейтрино и тот факт, что это один из трех известных типов нейтрино, в конечном итоге натолкнуло на идею осцилляции нейтрино и того факта, что нейтрино могут менять аромат. Это было подтверждено, когда был измерен полный поток солнечных нейтрино всех типов, и это согласуется с более ранними прогнозами ожидаемого потока только электронных нейтрино, как это было замечено нейтринной обсерваторией Садбери. Тот факт, что электронные нейтрино могут спонтанно изменяться при полете через пустое пространство, также подтвердил, что нейтрино должны иметь массу. Солнечные модели дополнительно предсказывают место в ядре Солнца, откуда должны возникать солнечные нейтрино, в зависимости от реакции ядерного синтеза, которая приводит к их образованию. Будущие детекторы нейтрино смогут определять направление прихода этих нейтрино с достаточной точностью, чтобы измерить этот эффект.
Теоретические кривые вероятности выживания солнечных нейтрино, которые прибывают днем (оранжевый, непрерывный) или ночью (фиолетовый, пунктир), как функция энергии нейтрино. Также показаны четыре значения энергии нейтрино, при которых проводились измерения, соответствующие четырем различным ветвям протон-протонной цепи. Энергетический спектр солнечных нейтрино также предсказывается солнечными моделями. Очень важно знать этот энергетический спектр, потому что разные эксперименты по обнаружению нейтрино чувствительны к разным диапазонам энергий нейтрино. В эксперименте Homestake использовался хлор, и он был наиболее чувствителен к солнечным нейтрино, образующимся при распаде изотопа бериллия Be. Нейтринная обсерватория Садбери наиболее чувствительна к солнечным нейтрино, производимым B. Детекторы, в которых используется галлий, наиболее чувствительны к солнечным нейтрино, образующимся в процессе протон-протонной цепной реакции, однако они не смогли наблюдать этот вклад отдельно. Наблюдение нейтрино от основной реакции этой цепи, протон-протонного синтеза в дейтерии, было впервые осуществлено компанией Borexino в 2014 году. В 2012 году это же сотрудничество сообщило об обнаружении нейтрино низкой энергии для протон-электрон-протон (реакционная реакция ), которая производит 1 из 400 ядер дейтерия на Солнце. Детектор содержал 100 метрических тонн жидкости и наблюдал в среднем 3 события каждый день (из-за образования C ) в результате этой относительно необычной термоядерной реакции.
Обратите внимание, что Borexino измерял нейтрино нескольких энергий; таким образом они впервые экспериментально продемонстрировали характер осцилляций солнечных нейтрино, предсказываемых теорией. Нейтрино могут вызывать ядерные реакции. Глядя на древние руды разного возраста, которые подвергались воздействию солнечных нейтрино в течение геологического времени, можно будет исследовать светимость Солнца с течением времени, которая, согласно Стандартной модели Солнца, изменилась по мере того, как (в настоящее время) инертный побочный продукт гелий накапливался в его ядре.
