Wetenschappers die betrokken zijn bij de Borexino-samenwerking hebben nieuwe resultaten gepresenteerd voor het meten van neutrino's afkomstig uit het binnenste van de aarde. De ongrijpbare "spookdeeltjes" interageren zelden met materie, hun opsporing bemoeilijken. Met deze update, de onderzoekers hebben nu toegang tot 53 gebeurtenissen - bijna twee keer zoveel als in de vorige analyse van de gegevens van de Borexino-detector, die is gelegen op 1, 400 meter onder het aardoppervlak in het Gran Sasso-massief bij Rome. De resultaten geven een exclusief inzicht in processen en omstandigheden in het binnenste van de aarde die tot op de dag van vandaag raadselachtig blijven.

De aarde schijnt, zelfs als het helemaal niet zichtbaar is voor het blote oog. De reden hiervoor is geoneutrinos, die worden geproduceerd in radioactieve vervalprocessen in het binnenste van de aarde. Elke seconde, ongeveer een miljoen van deze ongrijpbare deeltjes dringen elke vierkante centimeter van het oppervlak van onze planeet binnen.

De Borexino-detector, gevestigd in 's werelds grootste ondergrondse laboratorium, de Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italië, is een van de weinige detectoren ter wereld die deze spookachtige deeltjes kan waarnemen. Onderzoekers gebruiken het sinds 2007 om gegevens over neutrino's te verzamelen, d.w.z. al meer dan tien jaar. tegen 2019, ze waren in staat om tweemaal zoveel gebeurtenissen te registreren als ten tijde van de laatste analyse in 2015 - en de onzekerheid van de metingen te verminderen van 27 naar 18 procent, wat ook te danken is aan nieuwe analysemethoden.

"Geoneutrino's zijn de enige directe sporen van het radioactieve verval dat in de aarde plaatsvindt, en die een tot nu toe onbekend deel van de energie produceren die alle dynamiek van onze planeet aandrijft, " legt Livia Ludhova uit, een van de twee huidige wetenschappelijke coördinatoren van Borexino en hoofd van de neutrinogroep van het Nuclear Physics Institute (IKP) in Forschungszentrum Jülich.

De onderzoekers in de Borexino-samenwerking hebben geëxtraheerd, met een verbeterde statistische significantie, het signaal van geoneutrino's afkomstig van de aardmantel die onder de aardkorst ligt door gebruik te maken van de bekende bijdrage van de bovenste aardmantel en korst - de zogenaamde lithosfeer.

Het intense magnetische veld, de onophoudelijke vulkanische activiteit, de beweging van de tektonische platen, en mantelconvectie:de omstandigheden in de aarde zijn in veel opzichten uniek in het hele zonnestelsel. Wetenschappers discussiëren al meer dan 200 jaar over de vraag waar de interne warmte van de aarde vandaan komt.

"De hypothese dat er op diepte in de mantel geen radioactiviteit meer is, kan nu voor het eerst worden uitgesloten met een betrouwbaarheidsniveau van 99%. Dit maakt het mogelijk om lagere limieten vast te stellen voor uranium- en thorium-abundanties in de aardmantel, " zegt Livia Ludhova.

Deze waarden zijn van belang voor veel verschillende berekeningen van aardmodellen. Bijvoorbeeld, het is zeer waarschijnlijk (85%) dat processen van radioactief verval in de aarde meer dan de helft van de interne warmte van de aarde genereren, terwijl de andere helft nog grotendeels is afgeleid van de oorspronkelijke vorming van de aarde. Radioactieve processen in de aarde leveren daarom een ​​niet te verwaarlozen deel van de energie die vulkanen voedt, aardbevingen, en het magnetisch veld van de aarde.

De laatste publicatie in Fys. ds D presenteert niet alleen de nieuwe resultaten, maar verklaart ook de analyse op een alomvattende manier vanuit zowel de fysica als de geologische perspectieven, wat nuttig zal zijn voor de volgende generatie vloeibare scintillatordetectoren die geoneutrino's zullen meten. De volgende uitdaging voor onderzoek met geoneutrino's is nu om met grotere precisie geoneutrino's vanaf de aardmantel te kunnen meten, misschien met detectoren die op verschillende plaatsen op onze planeet zijn verspreid. Een van die detectoren is de JUNO-detector in China waar de IKP-neutrinogroep bij betrokken is. De detector zal 70 keer groter zijn dan Borexino, wat helpt om in korte tijd een hogere statistische significantie te bereiken.