Neutrino's zijn ladingsloze deeltjes met een massa van ongeveer een miljoenste van die van een elektron die worden gecreëerd door de nucleaire processen die plaatsvinden in de zon en andere sterren. Deze deeltjes worden vaak kleurrijk beschreven als de 'geesten' van de deeltjeszoo omdat ze zo zwak met materie interageren. Een paper gepubliceerd in EPJ C door de samenwerking met Borexino, waaronder XueFeng Ding, Postdoc Associate of Physics aan de Princeton University, Verenigde Staten - documenteert voor het eerst de pogingen van het Borexino-experiment om laagenergetische neutrino's uit de koolstof-stikstof-zuurstofcyclus (CNO) van de zon te meten.

"Dit gigantische instrument, begraven onder het Gran Sasso-gebergte in het Gran Sasso National Laboratory in Italië, vangt spookachtige neutrino's van een zogenaamd CNO-proces in het centrum van de zon, Ding legt uit. "We hebben tienduizenden simulaties gemaakt en voorspeld dat we voor het eerst in de menselijke geschiedenis zouden kunnen bewijzen dat deze 'CNO'-geesten bestaan."

De zon produceert energie door vier waterstofkernen om te zetten in één heliumkern via twee mechanismen. Het grootste deel van de door de zon geproduceerde energie wordt geïnitieerd door de directe fusie van twee protonen tot een deuteron, het starten van de pp-keten, het andere mechanisme wordt gekatalyseerd door zwaardere kernen, zoals koolstof, stikstof en zuurstof, bekend als de CNO-cyclus - die ongeveer 1% van de energie-output van onze ster produceert. Naast deze kleine energiebijdrage, de CNO-cyclus zou ook ongeveer 1% van de neutrino's moeten produceren die van de zon stromen.

"Neutrino's uit het CNO-cyclusproces in de zon waren in wezen hypothetisch gebleven tot het recente rapport van Borexino over de Neutrino 2020-conferentie, Ding zegt. "Borexino is sinds 2016 op zoek naar CNO-neutrino's nadat het thermische isolatiesysteem en het actieve temperatuurregelsysteem waren geïnstalleerd. Dit artikel rapporteert een kwantitatieve studie over de Borexino-gevoeligheid bij het zoeken naar CNO-neutrino's en legt de methodologie uit."

Aangezien de zon zelf slechts een CNO-tak van 1% heeft, en aangezien neutrino's al ongelooflijk moeilijk te detecteren zijn, er is in wezen nog geen meting geweest van het CNO-proces zelf, ook al wordt aangenomen dat het de dominante weg is voor energieproductie in sterren die veel massiever zijn dan de zon. Het detecteren van neutrino's uit de CNO-cyclus zal onderzoekers er veel meer over leren, op zijn beurt onthullen ze de geheimen die verborgen zijn onder het oppervlak van de meest massieve sterren van het heelal.