Ученые НИЦ "Курчатовский институт" в составе международной коллаборации Борексино провели первое комплексное исследование термоядерной реакции внутри Солнца

26 октября 2018

Ученые международной коллаборации Борексино представили результаты наиболее полного на сегодняшний день анализа нейтринного излучения, сопровождающего термоядерные процессы генерации энергии Солнца. Результаты опубликованы в журнале "Nature" от 25 октября 2018 г.

Детектор Борексино, расположенный в подземной лаборатории Гран Сассо (Италия) — сверхчувствительный инструмент изучения солнечных нейтрино от всех возможных термоядерных реакций протон-протонной цепочки. Борексино регистрирует нейтрино от Солнца по рассеянию на электронах в жидком органическом сцинтилляторе массой 300 т. Концентрация радиоактивных элементов в детекторе в 100 000 000 000 раз меньше, чем в окружающей нас среде. Рекордно низкий уровень радиоактивного фона — один из ключевых факторов успеха проекта Борексино. Детектор смог впервые измерить поток "бериллиевых" нейтрино от Солнца с уникально высокой точностью 2.7% - в два раза более высокой, чем предсказания Стандартной солнечной модели (ССМ). Сигнал от т.н. рер-нейтрино впервые зарегистрирован на уровне достоверности 5 сигма. "Борные" нейтрино измерены с наиболее низкого энергетического порога 3.2 МэВ, недоступного другим нейтринным детекторам, а высокая точность измерений рр-нейтрино позволила впервые определить относительные скорости ветвления протон-протонной цепочки в звездах по каналам 3Не+3Не и 3Не+4Не, которые оказались в согласии с предсказаниями ССМ.

Хорошо известно, что нейтрино подвержены квантовому эффекту осцилляций, то есть переходят из одного типа в другой, и вероятность этого процесса зависит от их энергии и ряда других параметров. Рождающиеся в различных реакциях на Солнце нейтрино обладают разными энергиями, следовательно, их изучение не только способствует изучению феноменологии нейтринных осцилляций, но и позволяет реализовать поиск возможных эффектов за пределами Стандартной модели физики частиц, таких как, например, нестандартные взаимодействия нейтрино и переходы нейтрино в стерильное состояние.

Не менее важно изучение солнечных нейтрино для физики Солнца и астрофизики. Известно, что концентрация на Солнце элементов тяжелее гелия (металличность), определенная путем спектроскопии солнечной поверхности, находится в противоречии с результатами гелиосейсмологии. Потоки солнечных нейтрино весьма чувствительны к концентрации тяжелых элементов. Новые результаты Борексино впервые указывают на предпочтение, на уровне достоверности, соответствующем двум стандартным отклонениям, модели Солнца с высокой концентрацией тяжелых элементов. Таким образом, сделан первый шаг в направлении разрешения данной проблемы.

В проекте Борексино от России участвуют  специалисты из  Научного исследовательского центра "Курчатовский институт", работающие на площадках в Москве и Санкт-Петербурге в НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ, специалисты из НИИЯФ имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова  и  Объединенного института ядерных исследований  (Дубна). Российские ученые внесли существенный вклад в развитие проекта в виде разработки, изготовления  и внедрения электроники для сбора данных и мониторинга детектора,  алгоритмов моделирования и анализа данных.В составе Борексино функционирует разработанный российскими учеными электронно-измерительный  комплекс на базе быстрых оцифровщиков формы импульса.

Ожидается, что Борексино продолжит набор данных до 2020 г., и впереди нас ждут новые увлекательные результаты, способствующие развитию физики Солнца и астрофизики, нейтринной физики и физики за пределами Стандартной модели.

Российский научный центр "Курчатовский институт" был образован Указом Президента России в ноябре 1991 года на базе созданного в 1943 г. Института атомной энергии им. И.В.Курчатова (в то время Лаборатории N 2 Академии наук СССР) и стал первым государственным национальным научным Центром России. Центр подчинен непосредственно Правительству России и не входит в состав Российской Академии наук и отраслевых министерств.