科学家们探测到揭示宇宙引擎的幽灵信号

在周三发表在《自然》(Nature)杂志上的一项研究中，科学家们报告称，他们首次发现了被称为中微子的近乎空灵的粒子。这种粒子可以追溯到太阳内部的碳-氮-氧融合，也就是CNO循环。

这是一个里程碑式的发现，证实了20世纪30年代的理论预测，并被誉为新千年物理学中最伟大的发现之一。

意大利国家核物理研究所(INFN)的Gioacchino Ranucci说:“这确实是太阳和恒星物理学的一次突破。”自从1990年该项目开始以来，Ranucci一直是研究人员之一。

科学家们在意大利中部的格兰萨索粒子物理实验室使用了超灵敏的Borexino探测器。格兰萨索粒子物理实验室是世界上最大的地下研究中心，深埋在亚平宁山脉之下，位于罗马东北约65英里处。

这一发现终结了Borexino项目数十年来对太阳中微子的研究，并首次揭示了大多数恒星用于将氢聚变为氦的主要核反应。

几乎所有的恒星，包括我们的太阳，都通过氢聚变成氦释放出大量的能量——这是一种有效的“燃烧”氢的方式，氢是宇宙中最简单、最丰富的元素，也是主要的燃料来源。

以太阳为例，它99%的能量来自于质子-质子聚变，这可以产生铍、锂和硼，然后将它们分解成氦。

但宇宙中的大多数恒星都比我们的太阳大得多:例如，红巨星参宿四的质量大约是太阳的20倍，宽度大约是太阳的700倍。

大型恒星的温度也高得多，这意味着它们绝大部分是由CNO核聚变提供能量的。CNO核聚变是通过原子核在碳、氮和氧之间进行无穷循环的转换，将氢聚变为氦。

CNO循环是宇宙中主要的能量来源。但在我们相对较冷的太阳内部很难发现它，它只占其能量的1%。

巨大的Borexino探测器寻找在太阳核心的核聚变过程中释放的中微子。

中微子几乎不与任何东西发生作用，因此它们是研究远距离核反应的理想材料——但它们也极其难以被探测到。

每秒有数万亿来自太阳的中微子通过Borexino探测器，但它每天只能探测到几十个中微子，方法是寻找它们在300吨重的黑暗水箱中衰减时微弱的闪光。

拉努奇说，Borexino探测器花了几十年的时间来测量太阳主要的质子-质子链式反应产生的中微子，但是探测它的CNO中微子非常困难——一天中只有大约7个具有CNO周期能量的中微子被发现。

他说，这一发现需要在过去五年中使探测器变得更加灵敏，方法是屏蔽外部辐射源，使探测器的内室成为地球上最不受辐射的地方。

拉努奇说:“这是CNO周期在太阳和恒星中起作用的第一个证据。”

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的粒子物理学家加布里埃尔·奥里比·江恩(Gabriel Orebi Gann)称这一发现是“一个重大的里程碑”。

她说:“这一发现使我们进一步了解了太阳核心的组成和重恒星的形成。”

Orebi Gann是《自然》杂志关于这项新研究的一篇科学文章的作者，但她并没有参与这项研究。

她说，中微子是在核反应中自然产生的，可以穿透大多数物质而不受影响，因此它们可以用来探测宇宙中其他无法到达的区域。

正因为如此，几个中微子探测器正在黑暗中监视着它们在世界各地的短暂存在，其中包括位于南极的冰立方天文台和日本的超级神冈探测器。

从理论上说，来自大爆炸的中微子可以解释宇宙中一些神秘的“暗物质”——恒星和星系周围巨大的不可见的晕，构成了大约四分之一的质量。

Orebi Gann说，中微子和它们的反粒子之间的不对称也可以解释我们宇宙中反物质的明显缺乏和普通物质的支配——换句话说，就是为什么这里有任何东西，而不是什么都没有。