Ongeveer 99 procent van de energie van de zon die wordt uitgestoten als neutrino's, wordt geproduceerd door nucleaire reactiesequenties die worden geïnitieerd door proton-proton (pp) fusie waarbij waterstof wordt omgezet in helium, zeggen wetenschappers, waaronder natuurkundige Andrea Pocar van de Universiteit van Massachusetts Amherst. Vandaag rapporteren ze nieuwe resultaten van Borexino, een van de meest gevoelige neutrinodetectoren ter wereld, diep onder de Italiaanse Apennijnen gelegen.

"Neutrino's die door deze keten worden uitgezonden, vertegenwoordigen een uniek hulpmiddel voor zonne- en neutrinofysica, " leggen ze uit. Hun nieuwe paper is binnen Natuur rapporteert over "de eerste volledige studie van alle componenten van de pp-keten uitgevoerd door Borexino." Deze componenten omvatten niet alleen de pp-neutrino's, maar anderen noemden Beryllium-7 (7Be), pep en boor-8 (8B) neutrino's. De pp-fusiereactie van twee protonen om deuteron te produceren, kernen van deuterium, is de eerste stap van een reactiereeks die verantwoordelijk is voor ongeveer 99 procent van de energie-output van de zon, zegt Pocar.

Hij voegt toe, "Wat er vandaag nieuw is, is incrementeel, het is geen sprong, maar het is de bekroning van meer dan 10 jaar gegevensverzameling met het experiment om het volledige energiespectrum van de zon in één keer te laten zien. Onze resultaten verminderen onzekerheid, wat misschien niet flitsend is, maar het is een soort vooruitgang die vaak niet genoeg wordt erkend in de wetenschap. De waarde is dat metingen nauwkeuriger worden omdat met meer gegevens en dankzij het werk van toegewijde jonge natuurkundigen, we hebben een beter begrip van het experimentele apparaat."

"Borexino biedt de beste meting ooit gemaakt voor de pp, 7Be en pep neutrino's, " voegt hij eraan toe. "Andere experimenten meten de 8B-neutrino's nauwkeuriger, maar onze meting, met een lagere drempel, is in overeenstemming met hen."

Verder, "Zodra u nauwkeurigere gegevens heeft, je kunt het terugvoeren in het model van hoe de zon zich gedraagt, dan kan het model nog verder verfijnd worden. Het leidt allemaal tot een beter begrip van de zon. Neutrino's hebben ons verteld hoe de zon brandt en, beurtelings, de zon heeft ons een unieke bron opgeleverd om te bestuderen hoe neutrino's zich gedragen. Borexino, loopt nog twee tot drie jaar, heeft ons begrip van de zon enorm versterkt."

Voor eerdere studies van pp, 7B, pep en 8B neutrino's, het team had zich op elk afzonderlijk geconcentreerd in gerichte analyses van de verzamelde gegevens in beperkte energievensters, "zoals proberen een bos te karakteriseren door één foto te maken van elk van de vele individuele soorten bomen, " merkt Pocar op. "Meerdere foto's geven je een idee van een bos, maar het is niet hetzelfde als de foto van het hele bos."

"Wat we nu hebben gedaan, is een enkele foto maken die het hele bos weerspiegelt, het hele spectrum van alle verschillende neutrino's in één. In plaats van in te zoomen om naar kleine stukjes te kijken, we zien het allemaal tegelijk. We begrijpen onze detector nu zo goed, we zijn comfortabel en hebben er vertrouwen in dat onze ene schot geldig is voor het hele spectrum van neutrino-energieën."

Zonne-neutrino's stromen met bijna de lichtsnelheid uit de ster in het centrum van ons systeem, maar liefst 420 miljard die elke vierkante centimeter van het aardoppervlak per seconde raken. Maar omdat ze alleen interageren via de nucleaire zwakke kracht, ze gaan vrijwel onaangetast door de materie, waardoor ze erg moeilijk te detecteren en te onderscheiden zijn van nucleair verval van gewone materialen, zegt Pocar.

Het Borexino-instrument detecteert neutrino's terwijl ze interageren met de elektronen van een ultrazuivere organische vloeistofscintillator in het midden van een grote bol omringd door 1, 000 ton water. De grote diepte en vele ui-achtige beschermende lagen zorgen ervoor dat de kern het meest stralingsvrije medium op aarde is. Het is de enige detector op aarde die het hele spectrum van zonne-neutrino's tegelijkertijd kan waarnemen. wat nu is gelukt, merkt hij op.

De natuurkundige van de UMass Amherst, een hoofdonderzoeker in een team van meer dan 100 wetenschappers, is vooral geïnteresseerd in het nu richten van zijn aandacht op het meten van nog een ander type zonne-neutrino dat bekend staat als CNO-neutrino's, waarvan hij hoopt dat het nuttig zal zijn bij het beantwoorden van een belangrijke open vraag in de stellaire fysica, dat is de metalliciteit, of metaalgehalte, van de zon.

"Er zijn twee modellen die verschillende niveaus van elementen die zwaarder zijn dan helium voorspellen, wat voor astronomen een metaal is, in de zon; een lichtere metalliciteit en een zwaarder model, " merkt hij op. CNO-neutrino's worden uitgezonden in een cyclische fusiereactievolgorde die verschilt van de pp-keten en subdominant in de zon, maar werd beschouwd als de belangrijkste krachtbron voor zwaardere sterren. De zonne-neutrinoflux van CNO wordt sterk beïnvloed door de metalliciteit van de zon.

Pocar zegt, "Onze gegevens laten mogelijk een lichte voorkeur voor zware metalliciteit zien, dus we zullen dat onderzoeken omdat neutrino's van de zon, vooral CNO, kan ons helpen dit te ontrafelen."