出品|網(wǎng)易科學(xué)人欄目組 木秀林

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10月29日消息，據(jù)美國媒體報(bào)道，太陽持續(xù)不斷地發(fā)光，是由內(nèi)部連續(xù)核反應(yīng)產(chǎn)生的，在這些核反應(yīng)中，4個(gè)質(zhì)子聚合生成1個(gè)氦-4原子核，并伴隨釋放出2個(gè)電子中微子和大量能量。科學(xué)家建立的模型暗示，太陽釋放出的核能99%來自3個(gè)反應(yīng)序列，統(tǒng)稱質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)，由2個(gè)質(zhì)子聚合引發(fā)。

Borexino實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文稱，根據(jù)對2000多天收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，科學(xué)家首次完整測量了源自這3個(gè)序列的中微子通量。這些分析結(jié)果幫助人類更好地了解太陽發(fā)光的方式和原因。中微子與其他物質(zhì)的相互作用力很弱，因此可不受阻礙地從太陽內(nèi)部逃逸出來，經(jīng)過8分鐘旅行后到達(dá)地球。從太陽中微子中，可以直接了解太陽內(nèi)部核反應(yīng)情況。

Borexino試驗(yàn)檢測了這些中微子，科學(xué)家用一種稱為熒光劑的有機(jī)液體作為檢測劑，與中微子發(fā)生反應(yīng)，測量由此產(chǎn)生的光量以測定中微子攜帶的能量。與所有其他太陽中微子試驗(yàn)不同，Borexino可測量高能和低能中微子攜帶的能量，從而使利用中微子光譜學(xué)技術(shù)研究太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)成為可能。

電子中微子在達(dá)到地球前，可變?yōu)?種其他類型的中微子，即Tau和Muon中微子，這種現(xiàn)象被稱為中微子振蕩。相比Tau和Muon中微子，Borexino的試驗(yàn)對電子中微子更為敏感，因此在測量的中微子通量用于計(jì)算太陽產(chǎn)生的通量時(shí)，需要考慮中微子振蕩。考慮到這點(diǎn)，科學(xué)家利用測量的中微子通量，計(jì)算出太陽內(nèi)部核反應(yīng)產(chǎn)生的總能量。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，測量到的光子量與中微子通量相同，因此說明太陽的能量來源是核聚變。新發(fā)現(xiàn)也對中微子物理學(xué)帶來有趣的影響。通過將這些數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)太陽模型的預(yù)測結(jié)合起來，合作者確定了質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)產(chǎn)生的中微子存續(xù)幾率的數(shù)量。新研究成果也為解釋太陽物理學(xué)中長期存在的一個(gè)問題提供了線索，這個(gè)問題是由于無法很好地確立太陽化學(xué)構(gòu)成而引發(fā)的。

最近對太陽金屬豐度進(jìn)行的完整光譜測定產(chǎn)生的值，比以前的光譜分析結(jié)果低了35%。有趣的是，當(dāng)使用更低值金屬豐度構(gòu)建太陽內(nèi)部數(shù)量模型時(shí)，模擬的情況與已知的太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一致。但使用以前的金屬豐度值，模擬情況非常吻合。然而，Borexino試驗(yàn)測定的質(zhì)子-質(zhì)子鏈反應(yīng)3個(gè)不同序列的結(jié)果，可用于測定太陽內(nèi)部的溫度。Borexino的發(fā)現(xiàn)表明，內(nèi)部溫度與使用高金屬豐度的模型所預(yù)測結(jié)果一致。

不管怎樣，Borexino試驗(yàn)可能在未來提供明確的答案。太陽能的1%是通過碳氮氧循環(huán)的核反應(yīng)鏈所產(chǎn)生，這些循環(huán)受碳、氮和氧的催化作用，因此它們的效率完全依靠太陽的金屬豐度。如果與碳氮氧循環(huán)有關(guān)的中微子通量可被測量，那么這些元素在太陽內(nèi)部的數(shù)量也可測定。

但目前這些測量很困難，因?yàn)殂G210的發(fā)射性衰變產(chǎn)生了背景輻射。通過改進(jìn)裝了液體熒光劑的容器后可解決這個(gè)問題。檢測碳氮氧循環(huán)的中微子不僅可測定太陽的金屬豐度，還可直接證明自然界存在碳氮氧循環(huán)。這很重要，因?yàn)樘嫉跹h(huán)被認(rèn)為是其他恒星產(chǎn)生比太陽多很多的能量的主要物理過程。

困擾天體物理學(xué)的另一個(gè)大問題是，恒星能量的產(chǎn)生和消失是否存在非標(biāo)準(zhǔn)物理過程。如果存在，那么太陽的核能產(chǎn)生速度與亮度（太陽表面以光子形式輻射的能量總和）之間存在不平衡。太陽核反應(yīng)產(chǎn)生的能量測定精度需要提高10倍至1%，以進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)粒子物理學(xué)試驗(yàn)。Borexino還達(dá)不到這種精度，但未來的大規(guī)模中微子和暗物質(zhì)探測器可做到。