Наблюдения за Солнцем помогли доказать существование сверхредкой ядерной реакции

Физики впервые применили солнечные нейтрино — сверхлегкие частицы — для проверки гипотезы о том, что они могут участвовать в редких ядерных реакциях с одним из стабильных изотопов углерода. Эксперимент расширил представления ученых о свойствах и поведении этих элементарных частиц, сообщила пресс-служба Оксфордского университета.

«Наблюдения солнечных нейтрино на нашей предыдущей установке SNO уже принесли Нобелевскую премию по физике в 2015 году. С тех пор наше понимание этих частиц настолько выросло, что недавно мы впервые использовали их как инструмент для изучения редких ядерных реакций», — заявил профессор Оксфордского университета Стивен Биллер, слова которого приводит пресс-служба.

Детектор SNO+, созданный в 2017 году под землей в канадском Садбери, представляет собой гигантскую акриловую сферу, заполненную жидким ароматическим углеводородом. При прохождении нейтрино через жидкость в редких случаях происходит столкновение с атомом водорода, в результате которого рождается нейтрон и вспышка света, фиксируемая фотодатчиками.

Помимо обычных «солнечных» нейтрино, возникающих при протонных слияниях, установка фиксирует и «борные» нейтрино — частицы, появляющиеся в ядре Солнца при распаде ядер бора-8 на две альфа-частицы и электрон. Они важны для изучения структуры солнечного ядра и проверки теоретических моделей.

Физики отметили, что эти частицы теоретически могут вступать в реакции с ядрами углерода-13, который составляет около 1% от массы углерода во Вселенной и присутствует в объеме SNO+. Вероятность таких взаимодействий крайне мала, но они проявляются через вспышки света, возникающие при распаде нестабильного азота-13, образующегося в результате столкновения нейтрино с углеродом-13.

Основываясь на этой гипотезе, ученые проанализировали данные SNO+, собранные с мая 2022 по июнь 2023 года. Им удалось зафиксировать примерно пять столкновений «борного» нейтрино с углеродом-13, что совпадает с теоретическими прогнозами 4–5 событий. Это подтвердило существование редкой ядерной реакции и показало, что нейтрино способны взаимодействовать с углеродом даже при низких энергиях.

Нейтрино — самые легкие и многочисленные элементарные частицы, взаимодействующие с материей только через гравитацию и слабые силы. В середине прошлого века ученые выделили три «вида» нейтрино и антинейтрино: тау, электронные и мюонные.

Позднее при изучении солнечного потока выяснили, что частицы периодически превращаются друг в друга. Этот процесс, называемый «нейтринными осцилляциями», подтвердил наличие у нейтрино ненулевой массы, что ранее было лишь теоретическим предположением. Сейчас физики продолжают исследовать осцилляции для определения массы каждого из трех типов частиц.

Читайте также: