Kozmologija problema sončne nevtrine
Kozmologija problema sončne nevtrine
Anonim

Problem sončne nevtrine, dolgotrajna astrofizična težava, pri kateri je bila količina opazovanih nevtrinov, ki izvirajo iz Sonca, precej manjša od pričakovane.

Na Soncu je proces pridobivanja energije posledica ogromnega tlaka in gostote v njegovem središču, zaradi česar lahko jedra premagajo elektrostatično odbojnost. (Jedra so pozitivna in se tako odvrnejo.) Enkrat v nekaj milijardah let je dani proton (1 H, v katerem nadkript predstavlja maso izotopa) dovolj blizu drugemu, da se lahko podvrže postopku, imenovanem inverzni beta-razpad., pri katerem en proton postane nevron in se združi z drugim, da tvori deuteron (2 D). To je simbolično prikazano na prvi vrstici enačbe (1), v kateri je e - elektron in je subatomski delec, znan kot nevtrino.

Čeprav je to redek dogodek, so vodikovi atomi tako številni, da je glavni vir sončne energije. Naslednja srečanja (navedena v drugi in tretji vrstici) se odvijajo veliko hitreje: devtron naleti na enega od vseprisotnih protonov, da proizvede helij-3 (3 He), ti pa po vrsti tvorijo helij-4 (4 He). Rezultat tega je, da so v en atom helija združeni štirje vodikovi atomi. Energijo prenašajo fotoni gama žarki (γ) in nevtrini (ν). Ker morajo jedra imeti dovolj energije, da premagajo elektrostatično pregrado, se hitrost proizvodnje energije razlikuje od četrte moči temperature.

Iz enačbe (1) je razvidno, da na vsaka dva pretvorjena vodikova atoma nastane en nevtrino s povprečno energijo 0,26 MeV, ki nosi 1,3 odstotka celotne sproščene energije. Tako na Zemlji nastane tok 810 10 nevtrinov na kvadratni centimeter na sekundo. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja je prvi poskus, namenjen zaznavanju sončnih nevtrinov, zgradil ameriški znanstvenik Raymond Davis (za katerega je leta 2002 dobil Nobelovo nagrado za fiziko) in izvedel globoko pod zemljo v rudniku zlata Homestake v svincu, SD Sončni nevtrini v enačba (1) je imela energijo (manjšo od 0,42 MeV), ki je bila s tem poskusom prenizka; vendar so poznejši procesi povzročili nevtrinove z večjo energijo, ki jih je Davisov poskus lahko zaznal. Število teh opaženih nevtrinov z višjo energijo je bilo veliko manjše, kot bi lahko pričakovali po znani hitrosti pridobivanja energije, vendar so poskusi ugotovili, da ti nevtrini dejansko prihajajo s Sonca. Eden od možnih razlogov za majhno število odkritih je bil, da domnevne stopnje podrejenega postopka niso pravilne. Druga bolj zanimiva možnost je bila, da nevtrini, proizvedeni v jedru Sonca, delujejo z ogromno sončno maso in se spremenijo v drugo vrsto nevtrina, ki je ni mogoče opaziti. Obstoj takega procesa bi imel velik pomen za jedrsko teorijo, saj zahteva majhno maso za nevtrino. Leta 2002 so rezultati opazovalnice Neutrino v Sudburyju, skoraj 2100 metrov (6.900 čevljev) pod zemljo v rudniku niklja Creighton blizu Sudburyja v Ontu, pokazali, da so sončni nevtrini spremenili svoj tip in tako je imelo nevtrino majhno maso. Ti rezultati so rešili problem sončnega nevtrina.