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.