Didžiulis požeminis vaiduoklių dalelių detektorius – atraskite paskutinę mūsų saulės sintezės ciklo paslaptį.

Borexino detektoriui, labai jautriam instrumentui po žeme Italijoje, pagaliau pavyko aptikti CNO neutrinus iš mūsų saulės šerdies. Šios mažiau žinomos dalelės atskleidžia paskutinę trūkstamą sintezės ciklo, vedančio mūsų saulę ir kitas žvaigždes, detales ir gali atsakyti į nuolatinius klausimus apie saulės sudėtį. „Borexino“ bendradarbiavimas

Pernelyg jautrus instrumentas, giliai po žeme Italijoje, atliko beveik neįmanomą užduotį aptikti CNO neutrinus (mažas daleles, kurios rodo, kad yra Anglis, azotas ir deguonis) iš mūsų Saulės šerdies. Šios mažai žinomos dalelės atskleidžia paskutinę trūkstamą sintezės ciklo, vedančio mūsų Saulę ir kitas žvaigždes, detales.

Tyrimo rezultatuose, paskelbtuose 2020 m. Lapkričio 26 d. Žurnale. gamta (Ir rodoma ant viršelio) „Borexino“ bendradarbiavimo tyrėjai pranešė apie pirmąjį šio reto tipo neutrino, žinomo kaip „Vaiduoklių dalelės“, kai praeina didžiąją materijos dalį, nepalikdamos pėdsakų.

Neutriną aptiko detektyvas „Borexino“ – didelis požeminis eksperimentas vidurio Italijoje. Tarptautinį projektą Jungtinėse Valstijose finansuoja Nacionalinis mokslo fondas pagal bendrą stipendiją, kurią prižiūri Prinstono fizikos profesorius Frankas Calaprice’as. Andrea Pocaras, 2003 m. Prinstono absolventas, fizikos profesorius Masačusetso-Amhersto universitete ir Bruce’as Vogelaaras, fizikos profesorius Virdžinijos politechnikos institute ir Valstybiniame universitete. („Virginia Tech“)

„Vaiduoklių dalelių“ aptikimas patvirtina praėjusio amžiaus 4-ojo dešimtmečio prognozes, kad dalį mūsų Saulės energijos lemia anglies, azoto ir deguonies (CNO) reakcija. Ši reakcija generuoja mažiau nei 1% mūsų Saulės energijos. Saulė Tačiau manoma, kad jie yra pagrindinis didžiųjų žvaigždžių energijos šaltinis. Šis procesas išskiria du neutrinus, elementariausias lengviausios žinomos medžiagos daleles, taip pat daleles ir kitas subenergijas. Gausesnis vandenilio ir helio sintezės procesas taip pat išskiria neutris. Ne taip pat Tačiau spektro parašai yra skirtingi, todėl mokslininkai gali juos atskirti.

„Mūsų patvirtinimas, kad CNO degina saulę, dirbdami tik 1%, dar kartą patvirtina mūsų pasitikėjimą, kad suprantame, kaip veikia žvaigždės“, – sakė vienas iš „Borexino“ iniciatorių ir pagrindinių tyrėjų Calaprice.

CNO neutrinai: langas į saulę

Didžiąją gyvenimo dalį žvaigždės gauna energiją, sulydydamos vandenilį į helį. Žvaigždėse, tokiose kaip mūsų Saulė, dažniausiai tai vyksta per protonų-protonų grandines, tačiau sunkesnėse, karštesnėse žvaigždėse anglis ir azotas pagreitina vandenilio degimo reakciją ir išskiria CNO neutrinus. Bet koks „trino“ suteikia galimybę pažvelgti į giliai Saulėje glūdintį kūrinį. Kai „Borexino“ detektorius atrado protonų-protonų neutrino, naujienos pašviesino mokslo pasaulį.

Tačiau ne tik CNO neutrinas patvirtina, kad CNO procesas veikia saulėje, bet ir tai, kad CNO procesas yra aktyvus saulėje. Tačiau jis taip pat išsprendžia pagrindinį žvaigždžių fizikos klausimą: kiek „metalo“ yra Saulės vidus, kurį astrofizikai apibrėžia kaip bet kurį elementą, sunkesnį už vandenilį ar helį; ir Ar šerdies „metališkumas“ atitinka saulės paviršių, ar išorinį sluoksnį?

Deja, neutrinus sunku išmatuoti. Daugiau nei 400 milijardų jų kas sekundę atsitrenkia į kiekvieną Žemės paviršiaus kvadratinį centimetrą, tačiau dauguma šių „vaiduoklių dalelių“ praeina per pasaulį be nieko sąveikaudami ir verčia mokslininkus naudoti savo dydžio instrumentus. Jie yra labai dideli ir yra kruopščiai saugomi, kad juos aptiktų.

„Borexino“ detektorius yra maždaug pusė mylios po Apeninų kalnų virtine Italijos centrinėje dalyje, Italijos nacionaliniame branduolinės fizikos institute (SGDS) „Laboratori Nazionali del Gran Sasso“ (SGDS), kuriame yra milžiniškas 30 pėdų ilgio nailono balionas, užpildytas ultromis. 300 tonų – gryni skysti angliavandeniliai sulaikomi daugiasluoksnėse sferinėse kamerose, panardintose į vandenį. Neitrino frakcijos, praeinančios per planetas, atšoka nuo šių angliavandenilių elektronų, sukurdamos šviesos blyksnį prie aptinkamų fotonų jutiklių, esančių vandens rezervuare. Puikus jo gylis, dydis ir grynumas paverčia „Borexino“ tikrai unikaliu tokio pobūdžio mokslo detektoriumi.

„Borexino“ projektą 1990-ųjų pradžioje inicijavo fizikų grupė, vadovaujama Calaprice, Gianpaolo Bellini iš Milano universiteto ir velionio Raju Raghavano (tada „Bell Labs“). Per pastaruosius 30 metų prisidėjo viso pasaulio mokslininkai. Dalyvavo ieškant neutrino protonų-protonų grandinės, o maždaug prieš penkerius metus komanda pradėjo medžioti CNO neutrino.

Fono slopinimas

“Pastarieji 30 metų buvo susiję su radioaktyvaus fono slopinimu”, – sakė Calaprice.

Dauguma Borexino aptiktų neutrinų yra protonų-protonų neutrinai, tačiau yra žinomų CNO neutrinų. Deja, CNO neutrinas primena polonio-210, izotopo, nutekančio iš milžiniško nailono baliono, radioaktyvias skilimo daleles. Saulės neutrino atskyrimas nuo polonio užteršimo reikalauja daug pastangų, kurias vedė Prinstono mokslininkai, kurios prasidėjo 2014 m., Nes radiacija negalėjo užkirsti kelio jai nutekėti. Balionui mokslininkai rado kitą sprendimą: nepaisyti užterštų išorinių signalų. Sferos kraštai ir apsaugo baliono gelmes. Tai privertė juos žymiai sulėtinti skysčio judėjimo greitį baliono viduje. Didžiąją skysčių srauto dalį lemia šiluminiai skirtumai, todėl JAV komanda stengėsi pasiekti labai stabilią bakų ir angliavandenilių temperatūrą, kad skystis būtų kuo stabilesnis. Temperatūras tiksliai atitinka temperatūros zondų rinkinys, kurį įdiegė Vogelaaro vadovaujama „Virginia Tech Group“.

„Jei šį judesį pavyks pakankamai sumažinti, penkis kartus per dieną stebėsime numatomą mažos energijos susitraukimą dėl CNO neutrino“, – sakė Calaprice. Viena kubinė „švaraus oro“ pėda, kuri yra tūkstantį kartų mažiau tanki nei skystieji angliavandeniliai, per parą praleidžia 100 000 kartų radioaktyvų skilimą, daugiausia iš radono.

Siekdami užtikrinti, kad skystyje būtų ramybės, „Princeton“ ir „Virginia Tech“ mokslininkai ir inžinieriai sukūrė aparatūrą detektoriams apsaugoti, kurie iš esmės buvo milžiniškos antklodės, apjuostos 2014 ir 2015 m. Pridėjo tris šildymo ciklus, kurie palaiko idealią stabilią temperatūrą. Tai sėkmingai reguliuoja detektoriaus temperatūrą. Tačiau sezoniniai temperatūros pokyčiai C salėje, kur yra „Borexino“, ir toliau leido mažus skysčių srautus, užtemdydami CNO signalą.

Taigi, du „Princeton“ inžinieriai, Antonio Di Ludovico ir Lidio Pietrofaccia, kartu su SGD pareigūnais inžinieriumi Graziano Panella sukūrė specialią vėdinimo sistemą, palaikančią pastovią oro temperatūrą C salėje – aktyvios temperatūros kontrolės sistemoje (ATCS). Sukurtas 2019 m. Pabaigoje, jis galiausiai užtikrino pakankamą šiluminį stabilumą tiek baliono išorėje, tiek viduje, kad nutildytų detektoriaus vandens sroves ir galiausiai užkirto kelią užterštų izotopų siuntimui iš baliono sienos į Detektoriaus centrinė ašis

Pastangos pasiteisino

„Dėl šio radioaktyvaus fono pašalinimo buvo mažas Borexino fono plotas, dėl kurio buvo įmanoma išmatuoti CNO neutrinus“, – sakė Calaprice.

„Informacija gerėja ir gerėja“

Prieš CNO atradus neutriną, laboratorija planavo baigti Borexino veiklą artimiausiu 2020-aisiais. Dabar atrodo, kad duomenų rinkimas bus pratęstas iki 2021 m.

Angliavandenilių, kurie lieka „Borexino“ detektorių širdyje, kiekis nuo 2020 m. Vasario mėn., Kai buvo renkami „Nature“ dokumento duomenys, nuolat didėjo. Tai reiškia, kad be CNO neutrinų, kurie buvo pateikti savaitės „Nature“ straipsnyje. Dabar, vis dar yra galimybė padėti išspręsti problemą. Klausimas, ar Saulės šerdis, išorinis sluoksnis ir paviršius taip pat gali būti „metaliniai“. Turėkite didesnę to paties elemento koncentraciją nei helis arba vandenilis

“Mes ir toliau renkame duomenis, nes centrinis grynumas yra nuolat tobulinamas, todėl nauji rezultatai gali būti sutelkti į metališkumą”, – sakė Calaprice. Tačiau duomenys vis gerėja “.

Norėdami gauti daugiau informacijos apie šį tyrimą:

Nuoroda: „Eksperimentiniai neutrino, pagaminto CNO sintezės cikle saulėje, įrodymai“, The Borexino bendradarbiavimas, 2020 m. Lapkričio 25 d., Galima rasti čia. gamta.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2934-0

Tarp kitų „Borexino“ komandos princetonų yra Jay Benziger, chemijos ir biologijos inžinerijos profesorius emeritas, sukūręs didelio grynumo detektorių, fizikos profesorius Cristiano Galbiati; Dabar Paulas LaMarche’as yra programavimo ir kosmoso planavimo asocijuotas provostas, buvęs „Borexino XueFeng Ding“ projektų vadovas, fizikos mokslų daktaras ir Andrea Ianni, fizikos projektų vadovas.

Kaip ir daugelis „Borexino“ grupės mokslininkų ir inžinierių, Vogelaaras ir Pocaras pradėjo projektą, o Prinstono Calaprice laboratorijoje Vogelaaras dirbo prie nailono baliono, o dirbdamas tyrėju ir docentu Prinstone ir kalibracijoje. „Virginia Tech“ kompanijoje Pocaras dirbo projektuodamas ir gamindamas nailono balionus ir užsakydamas skysčių tvarkymo sistemas Prinstone. Vėliau dirbo su Jis ne UMassas-Amherstas Analizuojant duomenis ir metodus, siekiant nustatyti CNO ir kitų saulės neutrino matavimų foninį apibūdinimą.

Šį darbą JAV remia Nacionalinis mokslo fondas. Prinstono universitetas, Masačusetso universitetas ir „Virginia Tech Borexino“ yra tarptautinis bendradarbiavimas, kurį finansuoja Italijos nacionalinis branduolinės fizikos institutas (INFN) ir finansavimo agentūros Vokietijoje, Rusijoje ir Lenkijoje.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naujų atradimų apie milijardus mikrobų pavertimą mūsų kūnu pavertimas įvairiomis ligomis

Įvairūs MIT tyrėjai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia žmogaus kūnu įvairiausių ligų gydymu. Įvairūs mokslininkai naujus atradimus apie milijardus mikrobų paverčia kūnu įvairiausių ligų...

MIT neurologai nustato hipokampo smegenų sąsają, koduojančią įvykių laiką

MIT neuromokslininkai nustatė, kad hipokampo CA2 regione esančios piramidinės ląstelės (žalios) yra atsakingos už kritinės informacijos saugojimą. Kreditas: „Tonegawa Lab“, redagavo „MIT News“ Išvados...

Vibruojančių molekulių naudojimas medžiagos bangų savybėms tirti

HD + molekuliniai jonai (geltonos ir raudonos taškų poros) jonų gaudyklėje (pilka) yra apšvitinti lazerio banga (raudona). Tai sukelia kvantinį šuolį pakeistų molekulių joninės...

Naujas dizainas pagerina naujos kartos perovskitų kraujo ląstelių efektyvumą

Autorius: Davidas L. Chandleris, Masačusetso technologijos institutas 2021 m. Vasario 27 d Šiame paveikslėlyje perovskito fotovoltai fone rodomi su atskirais perovskito kristalais, kurie rodomi kaip...

Naujas odos pleistras nuolat stebi širdies ir kraujagyslių sistemos signalus և biocheminius lygius

Šis minkštas, tamprus pleistras gali vienu metu kontroliuoti jo kraujospūdžio և biocheminį lygį. Paskola Wang laboratorija / San Diegas Kalifornijos universiteto, San Diego,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.